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 |

Разработка методов расчета опорно-тяговых характеристик колесных машин по заданным дорожно-грунтовым условиям в районах эксплуатации

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК.629.1.073

ВОЛЬСКАЯ НАТАЛЬЯ СТАНИСЛАВОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОПОРНО-ТЯГОВЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕСНЫХ МАШИН ПО ЗАДАННЫМ

ДОРОЖНО-ГРУНТОВЫМ УСЛОВИЯМ В РАЙОНАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.05.03. – Колесные и гусеничные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2008 год

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего

профессионального образования Московский государственный

индустриный университет (ГОУ МГИУ)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Степанов Алексей Павлович

доктор технических наук, профессор Беляков Владимир Викторович

доктор технических наук, профессор Ларин Василий Васильевич

Ведущее предприятие: АМО ЗИЛ

Защита состоится « __ » _________ 2008г. в 14.30 час. на заседании диссертационного совета Д212.141.07 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью просим направлять по указанному адресу.

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

Автореферат разослан « __ » ____________ 2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Г.И. Гладов

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В работе рассматриваются проблемы, связанные с оценкой эффективности движения транспортных средств высокой проходимости (ТСВП). Эти транспортные средства (ТС) движутся как на местности так и по дорогам общего назначения по прямолинейной и криволинейной траекториям. В зависимости от типа движителя, колесного или гусеничного, решение проблемы оценки проходимости ТС имеет свою специфику. Данное исследование направлено на решение проблем и задач, связанных с общим случаем движения колесных машин (КМ).

Опыт показывает, что изменение конструктивных параметров машины для повышения проходимости приводит к снижению ее эксплуатационных свойств на автомобильных дорогах. Поэтому важно уметь выбирать основные конструктивные параметры КМ: тип трансмиссии, формулу управления, формулу и размеры колесного движителя, характеристики подвески, обеспечивающие необходимую проходимость при движении на местности при минимальном снижении эксплуатационных свойств машины на дорогах.

Влияние конструктивных параметров КМ на проходимость по различным грунтовым поверхностям неоднозначное (существенно различное). Поэтому, чем конкретнее задаются предполагаемые дорожно-грунтовые условия (ДГУ) поверхности движения, тем в большей мере может быть приспособлена к движению в этих условиях разрабатываемая (или выбираемая на рынке) КМ.

К настоящему времени достаточно глубоко исследованы вопросы прямолинейного движения КМ по ровным грунтовым поверхностям. Однако большинство реальных грунтовых поверхностей неровные с непостоянными, как по протяженности так и по времени года, физико-механическими свойствами, а характер движения по ним КМ преимущественно криволинейный.





Процессы взаимодействия КМ с неровной грунтовой поверхностью значительно сложнее, чем с ровной, и они исследованы недостаточно.

В связи с этим актуальным является решение проблемы оценки проходимости КМ по грунтовым поверхностям региона в общем случае, с учетом неоднородности грунта, неровности поверхности и криволинейных траекторий движения.

От точности оценки проходимости и других, связанных с ней, эксплуатационных свойств колесной машины на грунтовых поверхностях зависит эффективность их использования во многих отраслях народного хозяйства и в армии. Поэтому работа является актуальной.

Цель работы: Повышение проходимости многоосных колесных машин при движении по неоднородным, неровным грунтовым поверхностям с изменяющейся траекторией движения.

Для достижения цели работы сформулированы следующие задачи:

1) разработать метод оценки механических свойств грунтовой поверхности предполагаемого района эксплуатации, обеспечивающий расчеты на проходимость на стадии проектирования транспортного средства;

2) разработать методику оценки проходимости многоосной колесной машины при движении по неровной грунтовой поверхности;

3) разработать методику оценки проходимости при криволинейном движении на грунте многоосной колесной машины, позволяющую учитывать любой тип механической трансмиссии;

4) разработать методику оценки эффективности движения транспортного средства высокой проходимости для конкретного района эксплуатации.

Решение поставленных задач должно основываться на едином подходе к оценке физико-механического состояния грунта.

Объект исследований. Полноприводная многоосная колесная машина.

Предмет исследования. Система «трансмиссия – подвеска - движитель - дорога».

Методы исследования. Механика грунтов, прикладная теория автомобиля, теория колебаний, теория вероятностей, теория случайных процессов и статистическая динамика, математическое и физическое моделирование, методы решения систем линейных уравнений, инженерный эксперимент.

Научная новизна:

- разработан новый метод оценки механических свойств грунтовой поверхности предполагаемого района эксплуатации транспортного средства, основанный на использовании физических характеристик грунтов представленных в вероятностной форме; в качестве источников информации используются многолетние наблюдения на метеостанциях, топографические и почвенные карты, результаты натурных экспериментов;

- разработана методика оценки взаимодействия колеса с грунтом, учитывающая скорость движения, действие нормальной, продольной и боковой сил, пригодная для колес со всеми известными типами шин;

- предложен метод оценки взаимодействия многоосного колесного движителя с грунтовой поверхностью с учетом изменения физико-механических свойств грунта в результате прохода колес;

- разработана методика оценки проходимости многоосной колесной машины по деформируемому грунту, отличающийся от всех ранее предлагаемых моделей возможностью учета неровности опорной поверхности;

- разработана методика расчета параметров и критериев эффективности криволинейного движения многоосной колесной машины по деформируемому грунту, позволяющая оценивать поворотливость с возможностью изменения основных конструктивных решений: числа ведущих осей и их расстановку по базе, формулу управления, линейные и нелинейные характеристики распределительных механизмов в механической трансмиссии;

- предложена методика вероятностной оценки эффективности движения многоосной колесной машины по эталонному расчетному маршруту, отражающему специфические ДГУ предполагаемого района эксплуатации транспортного средства.

Все эти положения отвечают критериям новизны и выносятся на защиту.

Квалификационная формула работы. В диссертационной работе автором на основании экспериментально-теоретических исследований, предложено решение научно-практической проблемы: оценки опорной проходимости многоосных колесных машин при движении по естественным грунтовым поверхностям, отличающимся неоднородностью физико-механических свойств и неровностью поверхности. Полученные результаты и рекомендации могут быть использованы при выборе оптимальных параметров колесной машины для конкретных ДГУ на стадии проектирования; при выборе модели колесной машины из числа имеющихся на рынке.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Уточненная методика оценки времени действия нагрузки и цикличности нагружения грунта. 2. Разработанный метод оценки механических свойств грунта с помощью статистически обработанных материалов многолетних наблюдений на метеостанциях, агрогидрологических справочников и почвенных карт. 3. Теоретические положения и методы: оценки влияния неровности грунтовой поверхности на показатели проходимости при движении многоосной КМ; оценки эффективности криволинейного движения многоосной КМ на деформируемом грунте, характеристики которого заданы с помощью независимых физико-механических параметров. 4. Математическая модель эталонного расчетного маршрута по оценке эффективности движения КМ. 5. Методика оценки вероятностной средней скорости движения КМ на маршруте, включающем типичные участки дорог с твердым покрытием, грунтовых дорог и местности.

Достоверность результатов подтверждена с помощью оценки адекватности математических моделей взаимодействия эластичного колеса с деформируемым грунтом и результатов расчета показателей проходимости движущегося многоосного полноприводного автомобиля результатам натурного эксперимента. Экспериментальные исследования проводились на колесных машинах УРАЛ-375Д, ЗИЛ-49061, ПЭУ 1Б на суглинистых грунтах полигона НАТИ в Московской области, на песчаных грунтах в пойме реки Оки, на илистых и песчаных грунтах полигона ЗИЛ в Феодосии. Испытания проведены кафедрой «Автомобили и двигатели» с участием автора, представителей ОГК ЗИЛ и ПГО Гидроспецгеологии, обеспечивающих квалифицированную оценку физико-механических параметров грунта.

Практическая ценность.

1. Разработанная методика оценки взаимодействия колесной машины с неровной грунтовой поверхностью является новой ступенью развития науки о проходимости колесных машин.

2. Математические модели прямолинейного и криволинейного движения колесной машины по неровной грунтовой поверхности и полученные количественные значения влияния основных конструктивных параметров шасси на эффективность колесной машины позволяют определять оптимальные параметры ходовой части машины при проектировании и выбирать целесообразные рыночные модели колесных машин для использования в конкретных дорожно-грунтовых условиях.

3. Разработанные методики, алгоритмы, математические модели, программное обеспечение, связанные с оценкой проходимости колесных машин, существенно дополняют курсы дисциплин «Теория автомобиля», «Специальные главы теории автомобиля», что позволяет поднять на современный уровень профессиональные знания выпускников вузов по специальности «190201-Автомобиле- и тракторостроение».

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены при разработке ТСВП в ОГК СТ АМО ЗИЛ, в КЭИР АМО ЗИЛ при разработке автомобилей ЗИЛ-4334А1, ЗИЛ-4327А1, ОАО КАМАЗ, ОАО АВТОВАЗ, ФГУП НИЦИАМТ, в учебном процессе кафедры «Автомобили и двигатели» ГОУ Московского государственного индустриального университета в дисциплинах «Теория автомобиля» и «Специальные главы теории автомобиля», на кафедре «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана, на кафедре «Эксплуатация и ремонт строительной и дорожной техники» Военно-технического университета при Спецстрое России.

Апробация работы. Основные результаты и основные положения по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на: I Всесоюзном научно-техническом совещании «Динамика и прочность автомобиля», Москва, 1984г.; II Всесоюзном научно-техническом совещании «Динамика и прочность автомобиля», Минск, 1986г.; IV Международной научно-практической конференции ЮНЕСКО «Механизмы внедрения новых направлений науки и технологий в системе образования», Москва, 2004г.; 62-ой научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ), Москва, 2004г.; Международном научном симпозиуме, посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, 2005г.; 64-ой научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ), Москва, 2006г.; VI Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса», Екатеринбург, 2008г.; научных семинарах кафедры «Автомобили и двигатели» ГОУ МГИУ в 2005г., 2008г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в двух монографиях, 13 научных публикациях из них 10 в журналах рекомендуемых ВАК, в 6 учебно-методических пособиях и 5 отчетах по НИР.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной литературы из 211 наименований. Общий объем работы составляет 370 страниц, из них основной текст работы изложен на 263 страницах, 110 рисунков на 86 страницах, список литературы на 21 странице, 32 таблицы. Представлены акты внедрения на 7 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы научная проблема, цель и задачи диссертационной работы.

Глава 1. «Постановка научно-практической проблемы»[5]. Обоснованы практическая ценность и научная актуальность проводимых исследований.

Решению проблем, связанных с оценкой проходимости, посвящены работы многих ученых в СССР и России:

Агейкин Я.С., Аксенов П.В., Антонов А.С., Антонов Д.А., Бабков В.Ф., Барахтанов Л.В., Безбородова Б.Г., Белоусов Б.Н., Беляков В.В., Бируля А.К., Бочаров Н.Ф., Бриллинг Н.Р., Брянский Ю.А., Бухарин Н.А., Вирабов Р.В., Водяник И.И., Горячкин В.П., Гришкевич А.И., Гуськов В.В., Добромиров В.Н., Забавников Н.А., Зимелев Г.В., Ишлинский А.Ю., Кацыгин В.В., Келдыш М.В., Кемурджиан Л.А., Кнороз В.И., Колесников К.С., Коротоношко Н.И., Кошарный Н.Ф., Крагельский И.В., Крживицкий А.А., Кристи М.К., Ксеневич И.П., Кутьков Г.М., Ларин В.В., Летошнев М.Н., Литвинов А.С., Ляско М.И., Малыгин В.А., Медведков В.И., Наумов В.Н., Петрушов В.А., Пирковский Ю.В., Платонов В.Ф., Полетаев А.Ф., Полунгян А.А., Рукавишников С.В., Саакян С.С., Семенов В.М., Скотников В.А., Смирнов Г.А., Софиян А.П., Степанов А.П., Троицкая М.Н., Ульянов Н.А., Фаробин Я.Е., Фалькевич Б.С., Фуфаев Н.А., Хачатуров А.А., Чистов М.П., Чудаков Е.А., Шуклин С.А., Шухман С.Б., Яценко Н.Н. и многие другие.

Среди зарубежных ученых наиболее известны: М.Г. Беккер, Дж.Вонг, Г. Крик, А.Риис, А.Солтынский, Р.Янг.

Практической реализации теоретических и экспериментальных исследований по проходимости посвящена работа многих конструкторских отделов под руководством Главных конструкторов: Астрова Н.А., Вольского С.Г., Грачева В.А., Николаева А.Ф., Розова Р.А., Рукавишникова С.В., Соловьева В.П., Шапошника Б.Л., Чвялева В.Е. и др.

К настоящему времени разработано большое число математических моделей движения автомобиля по мягким грунтам. Они отличаются друг от друга различными моделями деформируемости грунта, т.е. механическими параметрами, вводимыми в расчетные системы в качестве характеристик грунта. Эти параметры должны характеризовать только грунт и не зависеть от движителя автомобиля. В качестве таких характеристик выбраны: влажность - , объемная плотность грунта - , модуль деформации - , угол внутреннего трения - , внутреннее сцепление в грунте - , толщина мягкого слоя - .

Исследования показывают, что грунты неоднородны прежде всего по влажности и по плотности. На метеостанциях ведутся многолетние наблюдения по влажности и плотности грунта. По этим данным можно констатировать, что влажность по месяцам изменяется по нормальному закону с флуктуацией относительно математического ожидания не превышающей 6%. Таким образом для различных регионов страны можно прогнозировать физико-механические характеристики грунтов в вероятностно-статистической форме. При этом границы распространения того или иного типа грунта можно определить из почвенных карт, местоположение метеостанций известно по данным метеосправочников, характер пересеченности местности оценивается по топографическим картам.

Для описания деформативных свойств грунтов предложено около десяти моделей взаимодействия индентора с деформирующейся поверхностью. Описываются характеристики: вертикальная нагрузка – глубина погружения и зависимость сопротивления грунта сдвигу. Из всех рассмотренных моделей выбрана широко известная модель Я.С. Агейкина. Ее основное достоинство заключается в использовании физико-механических характеристик грунтов, по которым накоплены базы данных.

Практически все исследователи, занимающиеся проблемами оценки проходимости КМ, изучают процесс взаимодействия колеса с деформирующимся грунтом в статической постановке. На практике любое ТС, при его эксплуатации как на твердом покрытии так и на местности, движется испытывая продольно-угловые колебания, источником которых служат неровности поверхности движения. Специалистами в области колебаний автомобиля предложены статистические модели оценки неровностей не только дорог с усовершенствованным покрытием, но и для местности.

Известны методики оценки влияния неровности твердого покрытия дорог, грунтовых недеформирующихся дорог и основных конструктивных параметров шасси на плавность хода многоосных КМ. Эти проблемы рассмотрены и решены в исследованиях советских ученых: Аксенова П.В., Антонова А.С., Беленького Ю.Б., Бухарина Н.А., Галашина В.А., Гришкевича А.И., Груздева Н.И., Дмитриева А.А., Контанистова П.А., Ломако Д.М., Малинина С.И., Певзнера Я.М., Попова Д.А., Прозорова В.С., Прутчикова О.К., Ротенберга Р.В., Рудни М.Я., Силаева А.А., Сергеева Л.В., Усольцева Е.А., Фрумкина А.К., Фурунжиева Р.И., Яценко Н.Н.

Тем не менее нет сведений по теоретико-экспериментальным работам, посвященным оценке влияния на показатели проходимости полноприводных автомобилей неровности местности.

В общем случае полноприводный автомобиль движется на местности по криволинейной траектории. Оценке проходимости многоосного колесного ТС в этом случае движения по нашим сведениям посвящены несколько работ. Это исследования Брянского Ю.А., Добромирова В.Н., Ларина В.В. и Шухмана С.Б. Пока решение проблемы, связанной с оценкой криволинейного движения КМ можно считать незавершенной, т.к. не разработана методика оценки влияния ДГУ на основные конструктивные параметры и показатели эффективности ТСВП. В этом случае взаимодействие колес с грунтом осложняется действием на колесо боковых сил, помимо продольных и нормальных. Возможны разные варианты качения колес второй и последующих осей: по колее передних колес, по целинному грунту, или только частично по колее с измененными механическими свойствами грунта.

Установлено, что все ранее проведенные исследования и разработанные теории и методики оценки проходимости многоосных колесных машин не решили всех поставленных перед данной работой задач.

Глава 2. «Характеристика грунтовых поверхностей» [11]. По систематизированным техническим источникам рассмотрены математические спосо

бы описания моделей деформируемости грунта при вертикальном нагружении и сдвиге. В зависимости от типа и физического состояния грунтов эти две модели дают разный отклик на нагружение (рис. 1, а: 1 – пористый грунт, 2 – плотный грунт; 3 – грунт с твердым основанием; рис. 1, б: 1 – грунт, обладающий малым внутренним сцеплением; 2 – грунт с высокими внутренними сцепными свойствами).

В результате выбраны модели деформируемости грунта, предложенные Я.С.Агейкиным и Г.Ю.Ястребовым:

; , где , (1)



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 



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.