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 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Разработка расчетных и экспериментальных методов снижения динамической нагруженности и повышения долговечности гидромеханических трансмиссий транспортных маши

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Тараторкин Игорь Александрович

разработка расчетных и экспериментальных методов снижения динамической нагруженности и повышения долговечности гидромеханических трансмиссий транспортных машин

Специальность 05.05.03 Колесные и гусеничные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Курган 2009

Работа выполнена в Институте машиноведения Уральского отделения РАН, Курганском государственном университете

Официальные оппоненты: Ведущая организация: доктора технических наук ********** *.*., ********** *.*., ********** *.*. ОАО Всероссийский научно-исследовательский институт транспортного машиностроения ( ОАО «ВНИИТРАНСМАШ» )

Защита диссертации состоится «15» июня 2009 г. в 1430 на заседании диссертационного совета ДД212.141.07 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-ая Бауманская ул., д. 5.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан «**» ****** 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Гладов Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Долговечность современных и перспективных трансмиссий транспортных машин во многом ограничивается высокой динамической нагруженностью, формируемой внешними и внутренними возмущениями. Неравномерность нагрузок вызывает изгибные и крутильные колебания, которые являются причиной до 80% отказов.

Для перспективных и модернизируемых транспортных машин разрабатываются гидромеханические трансмиссии, так как принято считать, что введением гидротрансформатора – активного фильтра колебаний на входе и выходе из трансмиссии, можно обеспечить требуемый уровень долговечности элементов трансмиссий.

Однако результаты проведенных экспериментальных исследований опытных конструкций свидетельствуют о высокой динамической нагруженности при переходных процессах трогания с места, переключения передач и при блокировке гидротрансформатора, а также на установившихся режимах движения транспортной машины, что ограничивает долговечность элементов трансмиссии. Это определяет необходимость проведения глубоких исследований, направленных на снижение динамической нагруженности.

Учитывая высокую стоимость современных трансмиссий и дополнительные затраты на восстановление в течении ресурса машины, проблема повышения долговечности и снижения динамической нагруженности в трансмиссии транспортных машин является актуальной. В настоящее время действуют РТМ и ОСТы для прогнозирования долговечности трансмиссий транспортных машин, разработанные ВНИИТМ, которые базируются на экспериментальных данных для ранее спроектированных машин и не позволяют учесть потенциальные свойства проектируемых машин, особенности новых конструктивных решений, условия эксплуатации и др. Аналитические методы прогнозирования долговечности, основанные на трудах ученых и специалистов ВАБТВ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, БПИ, создавались для машин с низкой удельной мощностью при установившемся движении, для которых не высока вероятность движения на высоких скоростях. С повышением удельной мощности перспективных машин возрастает длительность движения при переходных процессах управления поступательной скоростью и направлением движения. Известные математические модели не позволяют в достаточной степени учитывать реальные особенности конструкции, условия и режимы управляемого движения машин, их взаимодействие с внешней средой, интенсивность изменения и особенности формирования законов управления, динамику системы управления движением и водителя как звена обратной связи системы.





Повышение удельной мощности при ограниченных объемно-габаритных и массовых параметрах, тенденция дальнейшего повышения скоростных качеств машин, установленные новые особенности характера взаимодействия машины с внешней средой, а также не исследованные ранее динамические явления в трансмиссиях лимитируют долговечность их элементов.

Содержание диссертационной работы базируются на результатах исследования динамики управляемого движения перспективных и модернизируемых транспортных машин, выполненных при непосредственном участии автора за последние годы при поддержке грантами Президиума РАН, РФФИ, Минобразования и науки России.

Цель исследования повышение долговечности гидромеханических трансмиссий транспортных машин путем снижения динамической нагруженности элементов расчетно-экспериментальными методами.

Указанная цель достигается решением следующих задач.

  1. Разработкой расчетных методов снижения динамической нагруженности механической системы «двигатель – трансмиссия - транспортная машина», взаимодействующей с внешней средой при управляемом движении.
  2. Разработкой метода снижения динамической нагруженности, повышения долговечности валов и металлокерамических дисков (МКД) фрикционных элементов гидромеханической трансмиссии на резонансных режимах и бифуркациях.
  3. Разработкой метода снижения динамической нагруженности гидромеханической трансмиссии путем адаптация программ оптимального управления переходными процессами на основе мониторинга и идентификации требуемых режимов движения и технического состояния.
  4. Исследованием динамической нагруженности элементов трансмиссии при регулировании направления движения гусеничной машины с нелинейной системой управления поворотом.
  5. Создание комплекса информационно-измерительной аппаратуры.
  6. Экспериментальным исследованием динамики механической системы «двигатель – трансмиссия - транспортная машина», взаимодействующей с внешней средой.
  7. Обобщением результатов исследований, научным обоснованием путей снижения динамической нагруженности, повышения долговечности гидромеханических трансмиссий транспортных машин и оценкой эффективности результатов исследований.

Решение этих задач позволяет дополнить существующие методы расчета и прогнозирования динамической нагруженности гидромеханических трансмиссий транспортных машин и определяет пути обеспечения необходимой долговечности элементов.

Методы исследования

При построении математической модели управляемого движения машины использованы методы аналитической механики, дифференциального и интегрального исчисления, методы статистической динамики, корреляционного и спектрального анализа, теорий непрерывных марковских процессов и движения транспортных машин. Расчет параметров управляемого движения машин и динамической нагруженности на установившихся и переходных процессах осуществляется с помощью методов вычислительной математики. Аналитическое определение собственных частот металлокерамических дисков фрикционных элементов осуществлялось в соответствии с уравнениями волновой теории и математической физики, а численное - на основе моделирования напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов. Оценка адекватности результатов теоретического исследования, корректность основных допущений базируются на сопоставлении с результатами экспериментальных исследований – ходовых испытаний быстроходных гусеничных и колесных машин с использованием специально разработанного бортового комплекса информационно-измерительной аппаратуры. Действительные частоты металлокерамических дисков определялись в соответствии с разработанным экспресс-методом на созданной экспериментальной установке.

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:

  1. Разработана математическая модель управляемого движения быстроходной гусеничной машины, в которой водитель осуществляет функцию упреждающего управления и звена обратной связи. Особенностью новой модели является возможность исследовать динамическую нагруженность трансмиссии, формируемую взаимодействием машины с внешней средой в характерных условиях движения (при регулировании поступательной скорости и направления движения).
  2. Предложена математическая модель гидромеханической трансмиссии транспортной машины как существенно нелинейной, разветвленной системы переменной структуры, содержащей кольцевые элементы, на основе которой исследована динамическая нагруженность валов и фрикционных элементов гидромеханической трансмиссии на установившихся (на резонансных) режимах и бифуркациях.
  3. Впервые изучены и научно обоснованы закономерности явления генерации колебаний гидротрансформатором, приводящих к резонансу металлокерамических дисков фрикционных элементов. Разработаны математические модели для определения собственных частот и форм колебаний МКД в зависимости от параметров конструкции и физико-механических свойств, решения обратной задачи исключения резонансных режимов.
  4. Обоснованы и разработаны новые законы и закономерности и метод адаптации основной программы управления переходными процессами гидромеханической трансмиссии транспортной машины на основе мониторинга, идентификации требуемых режимов движения и технического состояния элементов, обеспечивающие минимум работы буксования фрикционных элементов при ограниченной динамической нагруженности.
  5. Установлены закономерности отклонения параметров траектории при регулировании направления движения от заданных в зависимости от условий движения, динамических свойств нелинейной системы управления поворотом и ограничений психофизиологических свойств водителя. Новые закономерности позволяют более точно (до шести раз) прогнозировать параметры динамической нагруженности и определять пути исключения автоколебательных процессов в системе управления поворотом.
  6. На основе обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованы направления совершенствования существующих методов прогнозирования динамической нагруженности на ранних этапах проектирования, путей ее снижения и, соответственно, повышения долговечности трансмиссий транспортных машин.

Практическая ценность

Совершенствование существующих методов прогнозирования динамической нагруженности, базирующееся на результатах выполненных исследований, позволяет на стадии проектирования уменьшить динамическую нагруженность элементов гидромеханических трансмиссий, тем самым обеспечить требуемую долговечность, а за счет сокращения доводочных работ ускорить процесс создания новых конструкций трансмиссий, снизить затраты на их разработку.

С использованием разработанного пакета компьютерных программ представляется возможным прогнозировать условия возникновения резонансных режимов в существенно нелинейных до- и послетрансформаторных зонах, фрикционных элементов, решать обратную задачу по выводу резонансных режимов за пределы рабочего диапазона. Имитационным моделированием установлены особенности поведения существенно нелинейной системы в окрестностях бифуркационных границ, их влияние на вибронагруженность трансмиссии.

На основе установленных закономерностей динамики управляемого движения представляется возможным уменьшить зависимость динамических свойств от нелинейностей системы управления. Синтезированная программа управления поворотом быстроходной гусеничной машины позволяет существенно сократить динамическую нагруженность трансмиссии, сократить интенсивность управляющей деятельности водителя и уровень требований к его квалификации.

Использование разработанного мобильного измерительно-регистрирующего комплекса позволило выполнить экспериментальные исследования динамики гидромеханической трансмиссии в реальных условиях управляемого движения транспортных машин, получить новые экспериментальные данные о динамической нагруженности в системе «двигатель – трансмиссия - транспортная машина» при различных режимах движения в не исследованном ранее диапазоне частот.

Использование предложенных алгоритмов решения обратной задачи позволило синтезировать конструкции гасителей колебаний, уменьшить амплитуду динамического момента в гидромеханической трансмиссии в 5…6 раз и вывести резонансный режим за пределы рабочего диапазона частот вращения двигателя, а при переходных процессах управления поступательной скоростью и направления движения – в 2…3 раза.

На защиту выносятся:

- Усовершенствованные методы снижения динамической нагруженности гидромеханических трансмиссий транспортных машин как существенно нелинейных разветвленных систем переменной структуры, содержащих кольцевые структуры при переходных процессах и на установившихся режимах, в том числе во фрикционных элементах системы управления.

- Математические модели управляемого движения машины, взаимодействующей с внешней средой и системы «двигатель трансмиссия - транспортная машина».

- Результаты теоретических и экспериментальных исследований динамики управляемого движения и динамической нагруженности трансмиссии при переходных процессах и на установившихся режимах.

- Методы адаптации программ управления поступательной скоростью и направлением движением, основанные на мониторинге и идентификации технического состояния и требуемых режимов движения машины.

- Метод синтеза и конструирования динамических гасителей колебаний элементов трансмиссии и совершенствование метода проектирования металлокерамических дисков фрикционных элементов.

Реализация работы

Теоретические и экспериментальные исследования отражены в 12 отчетах о НИР, переданных ОАО «СКБМ» и управлению конструкторских работ ОАО «Автодизель», ООО «КАТЕ», ООО «КЗКТ». Полученные результаты приняты за основу при разработке технического задания на проектирования автоматизированной системы управления переключением передач гидромеханической трансмиссии ОАО «Электромашина», г. Челябинск. Результаты работы использованы при доводке трансмиссий серийно выпускаемых изделий производства ОАО «Курганмашзавод» ТМ-120, МЛ-107 и опытного изделия ТМ-130, опытных трансмиссий для автомобиля КАМАЗ-43106 (66), при выполнении ОКР по теме «Естественница», «Курганец», «Жигули», «Садовница», «Каркас» и др., а также в учебном процессе при подготовке студентов специальности 190202 в Курганском государственном университете. Новые результаты исследований переданы и используются при выполнении НИР и ОКР в ГСКБ «ЧТЗ», НАТИ и ЮУрГУ.

Апробация работы

Основные положения и материалы работы докладывались и обсуждались на 26 научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на I – IV Международных технологических конгрессах «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в XXI веке» – Омск, 2002, 2004, 2005; 2008 гг.; на научно-техническом семинаре по колесным и гусеничным машинам высокой проходимости МАДИ (ГТУ) – Москва, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.; на научно-технических юбилейных конференциях и семинарах «Проектирование машин» - Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003, 2006, 2007, 2008 гг.; на 49-й Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» - Москва, МАМИ, 2005 г.; на научно-технических конференциях и семинарах ЮУрГУ, г. Челябинск, 2003-2008 гг.; на III Российской научно-технической конференции «Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций» – г. Екатеринбург, ИФМ УрО РАН – 2007г., на технических совещаниях управления конструкторских работ ОАО «Автодизель», г. Ярославль, ОАО «СКБМ», г. Курган.

В полном объеме диссертационная работа обсуждалась на научных семинарах кафедр гусеничных машин МГТУ им. Н.Э. Баумана, Курганского и Южно-Уральского государственных университетов и на заседании Ученого совета ИМАШ УрО РАН.

Публикации

Все основные положения диссертации отражены в 51 печатной работе, в том числе в 12 работах в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также в 12 отчетах о НИР, переданных ОАО «СКБМ», в отчетах за 2005, 2006, 2007 годы по гранту РФФИ № 05-08-33413-а по теме «Динамика системы «транспортная машина – человек – внешняя среда» и синтез интеллектуальных систем управления», отчете по гранту РФФИ «Урал-2001» № 01–01–96464 по теме: «Исследование механики процессов управляемого движения транспортных машин и синтез оптимального управления».

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, семи разделов основного текста, выводов, списка использованных источников и приложений. Содержание работы изложено на 302 страницах текста, включающих 102 рисунка, 11 таблиц, список использованных источников из 224 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.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 



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.