Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Колесные и гусеничные машины

Диссертационная работа:

Трояновская, Ирина Павловна. Методология моделирования криволинейного движения тракторных агрегатов : диссертация ... доктора технических наук : 05.05.03 / Трояновская Ирина Павловна; [Место защиты: ГОУВПО "Южно-Уральский государственный университет"].- Челябинск, 2011.- 326 с.: ил. РГБ ОД, 71 12-5/145

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. При конструировании различных машин все большее распространение приобретает процесс моделирования, позволяющий сократить, а порой и полностью исключить, различные виды натурных испытаний. В рабочем цикле любой транспортной или тяговой машины присутствует криволинейное движение (поворот), характеристики которого часто являются определяющими при проектировании новых или оценке уже существующих образцов техники. Поэтому исследованием этого вида движения занимаются многие отечественные и зарубежные ученые.

В настоящее время существует множество моделей поворота, большинство которых разрабатывались для быстроходных колесных (автомобили) и гусеничных (танки и БМП) машин. Однако, применение этих моделей к тракторным агрегатам (ТА) не всегда оправдано, в силу особенностей их технологического цикла. Под ТА понимается совокупность базовой машины (трактора) с навесным или прицепным рабочим оборудованием, предназначенным для выполнения сельскохозяйственных, строительных, подъемно-транспортных и других видов работ. Специфика работы ТА порой ставит дополнительные задачи при исследовании криволинейного движения, не все из которых решены на сегодня.

  1. Теория поворота развивалась в основном как теория активного движения (под управляющим воздействием со стороны водителя), в то время как у некоторых ТА в процессе технологического цикла наблюдается пассивный поворот (криволинейное движение без управляющего воздействия со стороны водителя). Примерами служат сдвиг бульдозерного агрегата при разработке грунта краем отвала; складывание шарнирно-сочлененного фронтального погрузчика на месте; увод сельскохозяйственного трактора под действием внецентренной крюковой нагрузки и т.д. Отдельные задачи (увод) решены на основе специальных моделей, а другие (страгивание) не имеют решения вовсе.

  2. Существующие модели поворота колесных и гусеничных машин основаны на различных методологических подходах при описании взаимодействия движителя с грунтом. Вместе с тем, некоторые ТА используют комбинированный (колесно-гусеничный) движитель (харвестеры, лесные машины, тракторные поезда с гусеничным тягачом и колесными прицепами и др.). Применение нетрадиционных движителей (резиновая гусеница, железный валец виброкатка, жесткие колеса компактора с большими грунтозацепами) приводят к исчезновению границы между колесным и гусеничным движителем. Общая природа возникновения сил в контакте предполагает возможность единого подхода к описанию их силового взаимодействия с грунтом.

Тракторные агрегаты используются в широком диапазоне грунтовых условий: от твердых покрытий до рыхлых почв.

3. Тракторные агрегаты характеризуются разнообразием внешних, часто кон-
сольно приложенных нагрузок, выходящих за пределы опорной поверхности ТА:

сдвигающая в плане тяговая и поперечная (пахотный агрегат, рыхлитель, тягач, бульдозер);

вертикальная (виброкаток, компактор, погрузчик, путепереукладчик, стогометатель, трубоукладчик).

Консольные нагрузки приводят к перераспределению реакций на опоры движителя. Это проявляется в изменении эпюр давления в контакте движителя с грунтом, динамических радиусов колес, и, как следствие, к возникновению кине-

матических несоответствий и циркуляции мощности.

  1. Тракторные агрегаты отличаются разнообразием конструктивных схем и систем управления, которые накладывают на характеристики криволинейного движения определенные ограничения, проявляющиеся в виде наложенных кинематических и геометрических связей.

  2. Большие внешние нагрузки, действующие на ТА, и малые радиусы поворота вызывают значительные скольжения движителя по грунту. Это не позволяет при описании силового взаимодействия записать в явном виде возникающие в контакте реакции, без учета упомянутых связей. Потому, используемый ранее при моделировании подход описания криволинейного движения под действием известных реакций со стороны грунта или по заданной траектории не может быть применим к ТА.

Таким образом, возникает противоречие между требованиями, предъявляемыми ТА к исследованию поворота и ограниченностью существующих моделей криволинейного движения, в силу принятых при построении гипотез и допущений, что составляет научную проблему.

В свете новых требований к моделям поворота, необходимо обоснование используемых в их основе допущений, проверка применяемых методов построения, уточнение поставленных задач и д.р., другими словами необходимо рассмотрение вопросов методологии при моделировании криволинейного движении ТА. В основе методологии лежит отказ от концепции машины, движущейся по заданной траектории или под действием заданных сил (реакций связи).

Идея подхода заключается в рассмотрении ТА, как управляемого объекта, криволинейное движение которого определяется наложенными на него связями, обеспечиваемыми конструкцией и системой управления, и взаимодействующего с грунтом посредством плоских площадок, составляющих с ним пары с переменными коэффициентами трения.

Объект исследования - процесс криволинейного движения колесного или гусеничного ТА с произвольным числом опор движителя, конструктивными параметрами, схемой управления поворотом, режимом движения и нагружения.

Предмет исследования - общие принципы и методы моделирования криволинейного движения произвольного ТА с учетом особенностей его рабочего цикла.

Методологической основой работы являются: системный подход, математическое моделирование, законы теоретической механики, математическая теория трения, теория тракторов и автомобилей, информационные технологии и методы вычислительной математики.

Цель работы - выработка методологических подходов и принципов моделирования криволинейного движения произвольного многоопорного ТА с учетом его типа движителя, системы управления, конструктивной схемы, параметров, режимов движения и нагружения.

Задачи исследования.

  1. Выполнить анализ известных методов описания силового взаимодействия движителя с грунтом на повороте применительно к ТА.

  2. Описать силовое взаимодействие движителя с грунтом на повороте, учитывающее скольжение и упругие свойства в контакте движителя и грунта.

  3. Установить кинематические и геометрические связи, наложенные на ТА в процессе криволинейного движения.

  4. Составить модель криволинейного движения произвольного многоопорного ТА, учитывающую его конструктивную схему и параметры, систему управления и

режим нагружения, и разработать вычислительную процедуру ее реализации.

  1. Разработать методику составления частных моделей для различных режимов криволинейного движения ТА, включая пассивный поворот.

  2. Экспериментально проверить адекватность моделей поворота различных ТА.

  3. Выполнить расчеты криволинейного движения некоторых ТА и выработать практические рекомендации.

Научная новизна, выносимая на защиту.

  1. Описание силового взаимодействия с грунтом на повороте посредством плоских площадок с переменным коэффициентом трения (сцепления), зависящим от радиуса движения опоры и координат мгновенного центра скольжения (МЦС) и учитывающим упругие свойства в контакте, отличающееся общим подходом к колесному и гусеничному движителю.

  2. Теоремы ортогональности, устанавливающие связи между центром поворота машины и МЦС опорных площадок произвольно расположенных опор движителя при управляемом и неуправляемом их движении относительно корпуса.

  3. Новые уравнения, отражающие параметры, конструктивную схему ТА, схему управления и режим движения каждой опоры движителя в виде кинематических и геометрических связей, накладываемых на параметры криволинейного движения.

  4. Обобщенная модель нестационарного криволинейного движения произвольного многоопорного (колесного или гусеничного) ТА, как управляемого объекта с наложенными на него связями между фазовыми координатами (координаты и скорости центра масс, угол поворота и угловая скорость относительно вертикальной оси, координаты МЦС опор движителя) и управляющими параметрами (теоретические скорости опор движителя, их углы установки и угловые скорости в пространстве корпуса).

  5. Методика составления частных моделей поворота (для различных конструктивных схем, структурных состояний и схем управления ТА) для любого режима движения ТА (стационарного, статического, квазистатического) путем преобразования обобщенной модели, позволяющая более полно учесть особенности технологического цикла ТА.

  6. Методика составления моделей страгивания: активного и пассивного, динамического и статического, из состояния покоя и прямолинейного движения (увод), с общих позиций, как частных случаев криволинейного движения.

Практическую ценность составляют методики и программы расчета криволинейного движения, позволяющие на стадии проектирования производить выбор конструктивных схем, систем управления и параметров ТА с учетом области применения и технологического цикла.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: методологической базой исследования; соблюдением принципов механики, математического моделирования и статистики; адекватностью моделей, проверенных посредством независимых и авторских натурных экспериментов; эксплуатационными испытаниями опытных образцов ТА, с внедренными по результатам диссертационного исследования мероприятиями.

Реализация и внедрение результатов работы. Методика расчета характеристик поворота применена в ООО «СКБДСМ» ЧТЗ - Уралтрак при проектировании опытных образцов ТА: малогабаритный погрузчик Т-02.03, поезд на базе малогабаритного трактора Т-02 с двумя прицепными вагонами, виброкаток ВК-24, ком-

пактор БКК-1, гусеничный экскаватор ЭО-112, сочлененный колесный погрузчик ПК-5, путепереукладчик, колесный экскаватор-погрузчик.

Рекомендации, выданные по результатам диссертационной работы, использованы при модернизации серийных ТА, выпускаемых ЧТЗ - Уралтрак гусеничных бульдозерно - рыхлительных агрегатов кл. 10-25 и трубоукладчиков на их базе.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались:

на научно-технических конференциях ЧГАУ г.Челябинск (2000-20 Югг), ЮУр-ГУ г.Челябинск (2001г, 2007-2010гг); отдел механики института машиноведения УрОРАН г.Курган (2003г), ПГТУ г.Пермь (2005г); МАМИ г.Москва (2009-20Югг);

НТС ООО «СКБ ДСМ» (2002г, 2009г, 2011г.);

- научных семинарах кафедр «ЭМТП» и «ТМ и ТММ» ЧГАУ г.Челябинск
(2002г), «ТиА» ЧГАУ, «Автомобили» и «КГМ» ЮУрГУ г.Челябинск (2008-2009гг),
«СМ-10» МГТУ им.Баумана г.Москва (2009г), «КГМ» МГТУ МАМИ (2010г).

Публикации по работе. По материалам диссертационных исследований опубликованы: 1 монография и 38 научных статей, из них 17 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы (214 наименований) и 10 приложений. Общий объем диссертации составляет 296 страниц основного текста, 139 рисунков и 7 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net