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 |

Разработка основ проектирования энергосберегающих стендов с кинематически связанными беговыми барабанами для испытаний колесных мобильных машин

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гусев Антон Григорьевич

Разработка основ проектирования энергосберегающих стендов с кинематически связанными беговыми барабанами

для испытаний колесных мобильных машин

Специальности:

05.02.02 – «Машиноведение, системы приводов и детали машин»

05.05.03 – «Колесные и гусеничные машины»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск – 2010

Диссертация выполнена на кафедре «Теоретическая механика и основы проектирования машин» Южно-Уральского государственного университета

Научный руководитель – Пожбелко Владимир Иванович,

Заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор.

Научный консультант – Трояновская Ирина Павловна,

Почетный машиностроитель РФ,

кандидат технических наук.

Официальные оппоненты: Васильев Валерий Иванович,

доктор технических наук, профессор,

Драгунов Геннадий Дмитриевич

Заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор.

Ведущее предприятие – ООО «Профессиональные строительные

Машины – завод малых серий» (г. Челябинск).

Защита состоится 23 июня 2010 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина, 76, зал диссертационного совета (10 этаж гл. корп.).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76 на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан 21 мая 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Е.А.Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При проектировании, производстве и эксплуатации любой колесной мобильной машины наиболее достоверной и всесторонней ее проверкой являются различного рода испытания. Однако натурные (полигонные) испытания не только достаточно длительны, но и часто зависят от различного рода случайных субъективных параметров (погодные условия, характеристики дорожного покрытия, выбор трассы, квалификация водителя и т.д.).

В России с ее разнообразием климатических условий наибольшее распространение получают стендовые испытания, обладающие рядом преимуществ: они позволяют ускорить процесс исследования и получать более достоверные результаты. Особенно незаменимы стендовые испытания в случаях, когда требуется исследование поведения машины (ее агрегатов и узлов) в каких-либо специфических или экстремальных условиях эксплуатации. Существенное преимущество стендовых испытаний проявляется при исследовании на надежность, где требуется многократное нагружение.





Широкое распространение при испытаниях колесных мобильных машин получили стенды с беговыми барабанами (роликовые стенды). Они используются в основном при оценке тягово-скоростных качеств машины и тормозных систем (силовые и инерционные роликовые стенды), а также при обкаточных испытаниях и позволяют имитировать нагрузочные режимы работы машины в реальных условиях эксплуатации.

Как правило, тормозные роликовые стенды представляют собой стационарные комплексы с внешними нагружающими устройствами (гидравлическими, электрическими и др.), являются сложными и дорогостоящими, а большие затраты мощности на испытания в таких стендах равны требуемой мощности в силовом контуре колесной мобильной машины. Большие капитальные затраты при строительстве таких стендов и высокие текущие расходы, обусловленные наличием внешних источников энергии, привели к появлению новых схем стендов, в которых нагружение испытуемого объекта осуществляется путем введения внутренних кинематических связей.

Исключение внешних нагружающих устройств за счет введения внутренних кинематических связей позволит упростить конструкции стендов, облегчить их монтаж и переналадку. Кроме того, использование внутренних кинематических связей в роликовых стендах значительно расширяет диапазон их использования, за счет возникновения замкнутых контуров с циркулирующей по ним мощностью. Например, роликовые стенды с кинематически связанными беговыми барабанами позволяют имитировать движение полноприводной машины с кинематическим рассогласованием ведущих осей, движение на повороте или косогоре.

Однако отсутствие методов проектирования таких стендов и расчета режимов нагружения объектов испытаний тормозит разработку и внедрение их конструкций. Поэтому исследование стендов с кинематически связанными беговыми барабанами и разработка методов их проектирования является актуальной научной задачей.

Цель работы: совершенствование стендов с беговыми барабанами путем применения кинематической связи, разработка методов их проектирования и определение оптимальных режимов нагружения объекта испытаний.

Указанная цель достигается решением следующих задач:

  • исследовать закономерности взаимодействия колес испытуемой мобильной машины с кинематически связанными беговыми барабанами;
  • установить зависимость между силовыми и кинематическими факторами в контакте колесо – беговые барабаны;
  • разработать математическую модель взаимодействия колеса с кинематически связанными беговыми барабанами;
  • выполнить анализ поведения системы колесо – беговые барабаны при различных параметрах связи;
  • разработать математическую модель совместной работы колёсной машины и стенда, учитывающую внутренние связи, накладываемые схемой стенда и трансмиссией машины;
  • определить оптимальные проектные значения передаточных отношений кинематической связи беговых барабанов в испытательных стендах различного назначения;
  • разработать различные схемы стендов с кинематически связанными беговыми барабанами, методы проектирования и практические рекомендации по их применению.

Объектом исследования является процесс взаимодействия колесной машины с роликовым стендом с кинематически связанными беговыми барабанами.

Предметом исследования являются силовые и кинематические закономерности взаимодействия колес мобильной машины с беговыми барабанами при различных параметрах кинематической связи.

Методы исследования: для решения поставленных задач в работе использовались методы теоретической механики, теории автомобиля и трактора, вычислительной математики, математической статистики, теории трения и методы программирования.

Научная новизна работы:

  • обоснована гипотеза о возможности нагружения систем и узлов колесной машины за счет внутренней кинематической связи между беговыми барабанами стенда;
  • разработана математическая модель взаимодействия колеса машины с двумя беговыми барабанами в стационарном режиме, отличающаяся наличием кинематической связи между ними;
  • разработана математическая модель взаимодействия колесной машины со стендом в стационарном режиме, отличающаяся наличием внутренних кинематических связей, накладываемых схемой стенда и трансмиссией машины;
  • установлены закономерности протекания потоков мощности при различных схемах стенда и параметрах связей, определены условия возникновения циркулирующей мощности в контуре колесная машина – стенд.

Практическая ценность:

  • предложен способ нагружения объекта в испытательных стендах, не требующих внешних источников энергии, позволяющий упростить их конструкции, облегчить монтаж, переналадку и обслуживание, снизить стоимость и расходы на проведение экспериментальных исследований и доводку колесной машины, её узлов и систем;
  • разработаны методики расчета, численной реализации и выбора параметров стенда, позволяющие сократить время и затраты на его проектирование, изготовление и эксплуатацию;
  • разработаны схемы стендов для различных видов испытаний и методики выбора параметров внутренних связей, составляющие основу испытательных систем колесных машин.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены:

  • на всероссийском открытом конкурсе научных студенческих работ в Московском автомобильно-дорожном институте 2002 – 2003 гг.;
  • на ежегодных научно–технических конференциях Южно-Уральского государственного университета в период 2003 – 2009 гг.;
  • на V Московском международном салоне инноваций и инвестиций 2005г. (серебряная медаль);
  • материалы по созданию стенда выставлены в ЦНТИ г.Челябинска.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК. По результатам работы получен патент РФ на изобретение и авторское свидетельство на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, включающего 131 наименований, шести приложений. Работа содержит 137 страниц основного текста, 67 иллюстраций и 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, её научная новизна и практическая полезность. Дается общая характеристика и краткое содержание диссертации.

В первой главе «Состояние вопроса» изучается техническая литература и патентные фонды РФ и ведущих стран в области машиностроения (США, Германии, Англии и др.). Анализируются испытательные стенды с беговыми барабанами, рассматриваются методы нагружения колесной машины, приводится классификация видов испытаний.

Вопросам проектирования систем для испытаний колесной машины, узлов и агрегатов посвящено большое количество научных трудов отечественных и зарубежных авторов: Абелевич Л.А., Антонов А.С., Беляев В.П., Березин В.С., Васильев В.И., Драгунов Г.Д., Калягин Г.И., Клюев В.В., Прокопьев В.Н., Пожбелко В.И., Решетов Д.Н., Фламиш О.Ю., Харизов А.М., Цимбалин В.Б., Andersson S.D., Beitz W.S. и другие.

Наиболее распространенным способом нагружения испытуемого объекта, в стендах с беговыми барабанами, является применение внешних источников энергии (электрических или гидравлических устройств). Это приводит к удорожанию стендов и самих испытаний. В связи с этим, задача создания стендов, нагружающих испытуемый объект без внешних источников энергии, за счет введения внутренних кинематических связей, является актуальной и своевременной.

В стендах с кинематически связанными барабанами внутренняя связь задается в виде отношения скоростей вращения (передаточного отношения) беговых барабанов каким-либо механическим устройством (цепная, зубчатая передача и др.).

Основным вопросом проектирования исследуемых стендов являются закономерности взаимодействия колеса с беговыми барабанами, аналогичные взаимодействию колеса машины с грунтом, исследованию которого посвящены труды: Антонова А.С., Вирабова Р.В., Жуковского Н.Е., Кацыгина В.В., Келдыша М.В., Кнороза П.А., Позина Б.М., Трояновской И.П., Ульянова Н.А., Чудакова Е.А., Hahn W.D., Zong W.C. и других ученых, а также установленные в трудах Пожбелко В.И. предельные законы трибомеханики деформируемых через фрикционный контакт упругих твердых тел.

Необходимость разработки методов проектирования и использования стендов с кинематически связанными беговыми барабанами приводит к постановке вышеуказанных задач.

Во второй главе «Исследования силового и кинематического взаимодействия в контуре колесная машина стенд» выдвигается научная гипотеза о возможности нагружения испытуемого объекта за счет введения кинематической связи между беговыми барабанами.

Схема стенда с испытуемым объектом представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема стенда с испытуемым объектом:

1, 2 – ведущие колеса машины; 3, 4, 5, 6 – беговые барабаны; 7, 8, 9 – цепные передачи

Ведущие колеса (1, 2) устанавливаются на беговые барабаны (3, 4, 5, 6) и приводятся во вращение от двигателя испытуемой машины. Беговые барабаны кинематически связаны между собой цепными передачами (7, 8, 9). При передаточном отношении цепной передачи не равном единице (i1) возникает замкнутый силовой контур, включающий эту передачу. Число замкнутых контуров, таким образом, равно числу цепных передач с i1. Контур, включающий в себя колесо машины и два беговых барабана, представляет собой малый контур, а включающий испытуемый объект и стенд в целом - большой контур.

Пара колесо – беговой барабан имеет общие закономерности силового и кинематического взаимодействия независимо от контура, в который она включена. Поэтому дальнейшее исследование формирования сил в контактах колесо – беговые барабаны и их связь с кинематическими параметрами изучается на малом контуре, включающем в себя ведущее колесо и два беговых барабана (1 – 5 – 6 или 2 – 3 – 4).

Принято, что касательные силы в контакте, обладают свойствами сил трения, то есть, пропорциональны нормальному давлению и направлены в сторону обратную скорости относительного скольжения по сопряженному телу.

Пусть ведущее колесо вращается с угловой скоростью 1, а беговые барабаны 2 и 3 – 2 и 3 соответственно (рис. 2а).

а) кинематическая схема б) силовая схема

Рис. 2. Схемы силового и кинематического взаимодействия в стенде

К – колесо машины, ББ2 и ББ3 – беговые барабаны, 1, 2, 3, V1, V2, V3 – угловые скорости вращения и линейные скорости точек контакта колеса и беговых барабанов;

F12, F13, F21,F31 – касательные силы в контакте, действующие на барабаны и колесо;

Т1, Т2, Т3 – крутящие моменты

Скорости относительного скольжения в контакте ведущего колеса и беговых барабанов равны соответственно разнице линейных скоростей точек контакта: Vск12= V1 – V2, Vск13= V1 – V3.

Буксование ведущего колеса в контактах с беговыми барабанами равно:

, . (1)

Передаточное отношение цепной передачи равно: . (2)

На основании (1) и (2) уравнение связи имеет вид: . (3)

Условия равновесия цепной передачи (рис. 2б): , (4)

где – КПД передачи.

Между силой и буксованием в контакте существует связь, для выявления которой выполнен дополнительный эксперимент.

В третьей главе «Экспериментальные исследования» изложены цель и задачи экспериментальной части работы, методика проведения экспериментов, оценка их погрешностей и результаты. Конструкция опытного стенда представлена на рис. 3.

 а) б) Опытный стенд: а –-8  а) б) Опытный стенд: а –-9

а) б)

Рис. 3. Опытный стенд: а – вид спереди; б – вид сзади

Стенд моделирует малый контур, где в качестве беговых барабанов использованы одинаковые пневматические колеса 175/65 R14, не имеющие износа. Шины колес имеют симметричный рисунок протектора, что обеспечивает одинаковый характер зависимости силы от буксования в контакте (F()) вне зависимости от направления относительной скорости скольжения. Кинематическая связь между барабанами осуществляется посредством цепной передачи, передаточное отношение которой задается разным числом зубьев звездочек. Эксперимент выполнен при передаточных отношениях .

При каждом передаточном отношении измерялся крутящий момент (Т1) на ведущем колесе, углы поворота колеса (1) и беговых барабанов (2, 3). Момент измерялся на ведущем колесе с помощью динамометра ДК-15, углы поворота – транспортиром с ценой деления ±10. Исследования проводились при двух значениях нормальной нагрузки (N) в контактах 1344 Н и 1800 Н.

Экспериментальные значения буксований вычислялись по формулам:

, ;

удельные касательные силы в контактах:

, ,

где R1 – радиус ведущего колеса.

Зависимость удельной касательной силы в контакте от буксования представлена на рис. 4.

 Экспериментальные значения-17 Рис. 4. Экспериментальные значения удельной силы тяги () при различных значениях буксования () и нормального давления (N) в контакте

Результаты эксперимента обрабатывались с помощью формулы, полученной Трояновской И.П.:

, (5)

где – буксование в контакте колеса с беговыми барабанами;

– асимптотическое значение удельной касательной силы (коэффициент сцепления при полном буксовании);

, – эмпирические коэффициенты.

Методом наименьших квадратов автором найдены эмпирические коэффициенты, которые позволили уточнить формулу 5 применительно к взаимодействию колеса с беговыми барабанами.

В результате зависимость касательной силы в контакте от буксования имеет вид:

. (6)

Среднее отклонение экспериментальных значений от теоретической кривой не превышает 3,8%.

В четвертой главе «Математические модели и анализ поведения системы», используя экспериментально полученный закон , разрабатываются модели взаимодействия колеса с беговыми барабанами и колесной машины со стендом. Выполнен анализ поведения системы от параметров связи. Определены условия однозначного решения системы уравнений и его единственности, выявлены закономерности изменения сил и буксования в контактах от передаточного отношения, направление потоков мощности и условия возникновения ее циркуляции.

Уравнения (3) и (4), с учетом зависимости (6) объединяются в единую систему и представляют собой математическую модель стационарного режима малого контура стенда:

, (7)

Решение системы (7) – (буксования) определяют силы в контактах, скорости скольжения и потоки мощности и зависят в свою очередь от параметра связи i.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 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.