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:

Ляшенко Михаил Вольфредович. Методы оптимизационного синтеза систем подрессоривания и элементов ходовых систем гусеничных сельскохозяйственных тракторов, адаптированных к условиям эксплуатации : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.05.03 : Волгоград, 2003 387 c. РГБ ОД, 71:04-5/536

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 7

1. Проблема проектирования систем подрессоривания и ходо
вых систем гусеничных тягово-транспортных средств
12

1.1. Особенности конструкций ходовых систем современных гу-

сеничных машин 13

1.2. Исследования колебательных процессов гусеничных ТТС 18

  1. Источники колебаний и вибрации 20

  2. Неровности опорных поверхностей 23

  3. Методы исследований статистических характеристик профилей дорог и полей; 27

  4. Виброактивность гусеничного движителя 34

  5. Виброактивность ведущего участка гусеничной цепи 35

  6. Вибрационный спектр колебаний кабин 38

  7. Вибрации на рабочем месте оператора 41

  8. Влияние вибраций на организм человека 49

  9. Критерии виброактивности 51

1.2.10. Методы испытаний и их соответствие условиям экс
плуатации 54

1.3. Цель и задачи исследования 59

2. Анализ методов математического моделирования колеба
тельных процессов тягово-транспортных средств
61

2.1. Динамика движения 62

  1. Численные методы исследования динамики движения 62

  2. Моделирование динамики движения методами статистической теории подрессоривания 70

  1. Ведущий участок гусеничного движителя 72

  2. Модели взаимодействия гусеничного движителя с опорной

поверхностью 76

  1. Модели деформируемых опорных поверхностей 81

  2. Моделирование колебаний кабин 87

  3. Моделирование тела человека как колебательной системы 90

  4. Разработка методики оптимизации систем подрессоривания 93

  5. Разработка экспертной системы принятия технического ре-

шения 96

2.9. Выводы 99

3. Методы оценки качества систем подрессоривания и ходовых
систем гусеничных тягово-транспортных средств
102

3.1. Статистическая оценка загруженности гусеничных ТТС ви-

дами сельскохозяйственных работ 104

  1. Влияние почвенно-климатических особенностей региона на условия эксплуатации 110

  2. Методика формирования обобщенного полигона неровностей 116

  1. Функции распределения неровностей полигона 116

  2. Обоснование длины реализации полигона 124

  1. Влияние блокирования подвески силами сухого трения на реализацию тягового усилия 125

  2. Влияние динамики ТТС на уплотняющее воздействие движи-

телей на почву 129

3.6. Критерии оптимизации параметров и характеристик систем

подрессоривания и ходовых систем 132

  1. Критерии плавности хода по уровню воздействия вибраций на человека 133

  2. Критерий динамического уплотняющего воздействия движителей 134

  3. Критерий плавности хода по обеспечению технологических требований 135

  4. Интегральный критерий плавности хода 136

3.7. Выводы 138

4. Метод моделирования взаимодействия гусеничного движите
ля с почвой на основе расчета квазиравновесного состояния
опорной ветви гусеничного движителя
140

4.1. Классификация факторов, влияющих на опорную проходи-

мость 140

4.2. Модель квазиравновесного состояния звена гусеничной цепи 142

4.2.1. Укладка звеньев лобового участка гусеничной цепи

первым катком 149

4.2.2. Взаимодействие звена гусеничной цепи с почвой 151

  1. Взаимодействие нескольких звеньев гусеничной цепи с почвой 153

  2. Взаимодействие звеньев опорного участка гусеницы с последующими катками 156

  3. Взаимодействие ведущего участка гусеничной цепи с последним катком 158

  1. Моделирование физико-механических характеристик почвы 161

  2. Моделирование деформации опорного основания 164

  3. Моделирование перехода опорного катка со звена на звено 165

  4. Выводы 168

5. Разработка обобщенной математической модели МТА как
теоретической базы для оптимизации систем подрессорива
ния и ходовых систем
169

  1. Постановка задач колебательных процессов ТТС 170

  2. Обоснование допущений, принятых при создании динамиче-

ских моделей МТА. 174

5.3. Структура динамической системы МТА 179

  1. Обоснование степени сложности динамической модели 180

  2. Обоснование принятых степеней свободы колебаний

масс и межмассовых связей 182

  1. Структурная схема динамической системы 185

  2. Обобщенная расчетная схема динамической системы 187

5.4. Математическое описание динамической системы МТА 189

  1. Кинематические возмущения 197

  2. Звенчатость гусеничного движителя 202

  3. Возмущения от крюковой нагрузки 208

  4. Нелинейные упруго-диссипативные характеристики

систем подрессоривания 212

5.4.5. Статические силы в системах подрессоривания 216

  1. Описание программного комплекса «Динамика МТА» 220

  2. Выводы 223

6. Развитие метода проектирования подрессоривания и элемен
тов кабины ТТС
225

6.1. Источники вибровозмущений кабины ТТС 226

6.2. Моделирование динамической системы - «кабина ТТС» 228

  1. Моделирование узлов и агрегатов кабины 231

  2. Определение плотности конечно-элементной сетки 233

6.3. Математическая модель кабины ТТС на основе метода ко-

нечных элементов 236

  1. Матрица жесткостей конструкции 236

  2. Матрица масс конструкции. 244

  3. Матрица демпфирования конструкции 247

  4. Вектор нагрузок конструкции 250

  5. Вектор перемещений конструкции 251

  6. Напряжения в элементах конструкции 252

  7. Уровень звукового давления в кабине 254

6.4. Экспериментальное исследование динамических характери-

стик виброизоляторов 255

  1. Методика экспериментального исследования 259

  2. Результаты исследования виброизоляторов. 261

6.5. Экспериментальное исследование динамических характери-

стик кабины ТТС 263

  1. Методика испытания 264

  2. Испытательное оборудование 266

  3. Точность измерений 266

  4. Сходимость результатов теоретического и экспериментального исследований. 268

6.6. Оптимизация характеристик системы подрессоривания и
элементов кабины 272

  1. Методика оптимизации 272

  2. Измерительно-программный комплекс для исследования динамических характеристик кабин ТТС 274

  3. Экспериментально-измерительная установка 276

  4. Описание вынужденных колебаний системы «кабина

ТТС» 279

6.6.5. Кинематические возмущения колебаний кабины 285

6.7. Выводы 290

7. Теоретические и экспериментальные исследования динамики
гусеничных МТА
292

7.1. Экспериментальное исследование динамики МТА 292

  1. Определение статических параметров 293

  2. Определение динамических параметров 298

  3. Экспериментальная установка 301

7.2. Теоретическое исследование плавности хода тракторов се-

мейства ВТ в составе МТА 303

7.3. Исследование возможностей повышения опорной проходи-

мости тракторов семейства ВТ 313

7.4. Выводы и рекомендации 316

8. Теоретическое исследование конструктивных возможностей
повышения навесоспособности тракторов семейства ВТ
318

  1. Обоснование возможности повышения навесоспособности 318

  2. Классификация способов повышения навесоспособности 321 8 3* Программный комплекс «Динамика подъёма навесного орудия» 324

  1. Описание возмущающих воздействий 325

  2. Описание исходных данных и результатов работы программного комплекса 326

  3. Адекватность результатов математической модели 327

8.4. Оптимизация параметров трактора с целью повышения наве-

соспособности 328

  1. Расчет навесоспособности серийного трактора ВТ 100 328

  2. Расчет навесоспособности трактора ВТ 100 с постоянной дополнительной опорой 330

  3. Расчет навесоспособности трактора ВТ 100 с дополнительной выдвижной опорой 332

8.5. Вывод 335

Основные результаты и выводы < 336

Список ссылочной литературы 339

Приложения 368

Введение к работе:

Перспективы развития в России рынка тягово-транспортных средств (ТТС) сельскохозяйственного назначения с учетом насущной необходимости повышения эффективности сельскохозяйственного производства, ужесточения природоохранных мер, а также усиливающейся конкуренции иностранных фирм требуют от отечественных производителей существенного повышения технического уровня и качества выпускаемых гусеничных машин. Важными показателями технического уровня ТТС, предназначенных для сельского хозяйства, являются условия труда механизатора и степень негативного воздействия на почву^ Неудовлетворительные условия труда, обусловленные недостаточной эффективностью систем подрессоривания ТТС, в целом, и рабочего места оператора, в частности, отрицательно сказываются на его здоровье, приводят к падению производительности и качества работы. Уплотняющее и разрушающее воздействие движителей машины на почву снижает плодородие и приводит к эрозии почв. Условия труда в кабине ТТС в значительной мере определяются уровнем вибраций и шума. Колебания гусеничной машины в целом и элементов её ходовой части являются существенной, а в ряде случаев основной составляющей вредного воздействия машины на почву.

Для России характерно исключительное многообразие условий эксплуатации сельскохозяйственных машин и требований агротехники в разных почвенно-климатических зонах. Это приводит к тому, что создание ходовых систем и, в первую очередь, систем подрессоривания ТТС, которые удовлетворяли бы в полной мере всему комплексу предъявляемых к ним требований во всех почвенно-климатических зонах на разных сельскохозяйственных операциях, в настоящее время практически невозможно. Жесткая конкуренция на рынке ТТС сельскохозяйственного назначения требует от отечественного производителя дифференцированного подхода к проектированию ТТС в целом и, в частности, систем подрессоривания и

8 элементов ходовых систем под различные условия эксплуатации. Сложившаяся отечественная практика не предусматривает при проектировании и конструировании сельскохозяйственной тягово-транспортной техники учета этих конкретных условий. Следовательно, разработка методов оптимизационного синтеза систем подрессоривания и элементов ходовых систем гусеничных сельскохозяйственных тракторов, адаптированных к условиям эксплуатации, - проблема весьма актуальная.

В настоящей работе обобщены результаты выполненных автором исследований динамики ТТС, в том числе в составе машинно-тракторного агрегата (МТА), направленных на решение указанной выше проблемы.

На основе анализа результатов исследований, проведенных в НАТИ МГТУ им Баумана, МАМИ, ВИМ, БПТА и других научно-исследовательских организациях, вузах и передовых предприятиях России, а также за рубежом, в первой главе диссертации показано, что, несмотря на значительный прогресс в создании инженерных методов проектирования эффективных ходовых систем и систем подрессоривания ТТС, требуется совершенствование этих систем с учетом современных тенденций как в области машиностроения, так и в сфере экономики и экологии. Определенные резервы улучшения динамических качеств ТТС связаны с учетом конкретных условий эксплуатации уже на стадии проектирования, либо с возможностью адаптации характеристик элементов ходовых систем и систем подрессоривания к этим условиям при эксплуатации.

В настоящее время для: определения динамических характеристик конструкций ТТС на стадии их проектирования особое значение приобрели методы математического моделирования. Без применения этих методов практически невозможным становится решение задач оптимизационного синтеза, направленных на улучшение динамических качеств ТТС. В связи с этим во второй главе настоящей работы специально рассмотрены применяемые методы моделирования динамических свойств и характеристик хо-

довых систем и систем подрессоривания гусеничных машин. На основании

этого выработаны подходы к решению задач оптимизационного синтеза с применением моделирования динамики ТТС, в том числе в составе МТА, доказана необходимость создания обобщенной динамической модели, учитывающей основные факторы внешних и внутренних возмущений, в том числе распределенные по длине опорной поверхности нормальные и касательные силы взаимодействия звеньев гусеницы с почвой. На основании обобщенной динамической модели разработана экспертная система принятия технических решений, направленных на повышение плавности хода, опорной проходимости и навесоспособности, снижение виброактивности и уплотняющего воздействия на почву.

Большое разнообразие условий эксплуатации гусеничных машин в разных почвенно-климатических зонах России, на различных сельскохозяйственных работах, на почвах с разными физико-механическими свойствами и агрофонами, с одной стороны, и небольшая доля выполняемых в определенных условиях конкретным; ТТС видов сельскохозяйственных работ, с другой, вызывает необходимость применения при моделировании динамики МТА обобщенных полигонов неровностей. На основании этого в третьей» главе диссертации предложена методика формирования обобщенного полигона неровностей для проведения исследований плавности хода МТА как натурных, так и на электронных моделях, с получением сравнимых результатов, по предложенному интегральному критерию плавности хода.

В четвертой главе диссертации представлен предложенный автором метод моделирования взаимодействия гусеничного движителя с почвой на основе расчета квазиравновесного состояния опорной ветви гусеничного движителя, позволяющий учитывать реакции почвы под опорными ветвями гусеничного движителя в наиболее общем случае.

В пятой главе диссертации описана созданная в ходе исследований оригинальная обобщенная модель динамики МТА, которая предназначена

10 для исследования возможных режимов эксплуатации, с учетом всей совокупности основных факторов, влияющих на динамику МТА. Среди основных факторов особо рассмотрены возможные нелинейности упруго-диссипативных связей элементов систем подрессоривания и ходовой системы, динамическое воздействие движителей на почву, в том числе при подворотах с перераспределением потока мощности на движителях.

Большой раздел работы, изложенный в шестой главе, посвящен исследованию динамики каркасных кабин, разработке и программной реализации методов проектирования виброизоляции элементов конструкции кабины ТТС. В частности, создана конечно-элементная модель каркасной кабины тракторов семейства ВТ, позволяющая рассчитывать и оптимизировать вибронагруженность системы подрессоривания и конструктивных элементов кабины. Разработана методика и создана информационно-измерительная система для исследования динамических характеристик виброизоляторов кабин, двигателей, радиаторов и т. п.

Предложенные математические модели позволили выявить возможности повышения плавности хода, опорной проходимости и навесоспособ-ности, снижение виброактивности и уплотняющего воздействия на почву и дать конкретные рекомендации, подтвержденные соответствующими актами внедрения. Теоретические и экспериментальные исследования динамики взаимодействия гусеничных ТТС с навесными орудиями, в частности оригинальная методика экспериментального исследования динамики МТА, позволяющая исследовать микропрофиль полей и дорог и определять распределенные физико-механические свойства почвы опорной поверхности за один проход МТА, описаны в седьмой и восьмой главах диссертации.

Отдельные части данной работы опубликованы в виде результатов исследований, выполненных автором в ВолгГТУ в соответствии с планами госбюджетных НИР, по хозяйственным договорам с ВгТЗ, а также в рамках

фундаментальных НИР, финансируемых Министерством образования Российской федерации.

Часть исследований, представленных в настоящей работе, автор выполнял совместно со своими коллегами Шелухиным В. С, Реуновым С. В., Дьяковым А. В. и Казанкиной Е. Н., у которых автор являлся научным консультантом при выполнении ими кандидатских диссертаций.

Автор благодарен своему научному консультанту доктору технических наук профессору Тескеру Е. И. за помощь в редактировании общих положений диссертации и содействие в представлении работы.

Искреннюю и самую глубокую благодарность автор выражает своему учителю, заведующему кафедрой «Автомобиле- и тракторостроение» кандидату технических наук профессору Победину. А. В., под творческим влиянием которого сформировалось направление настоящей работы и чьи энтузиазм, участие, поддержка и практическая помощь решающим образом содействовали подготовке диссертации. При написании ряда разделов работы научные консультации Победина А. В. были исключительно ценными.

Автор благодарит за поддержку и помощь ректорат ВолгГТУ, а также всех своих коллег по кафедре «Автомобиле- и тракторостроение» кандидатов технических наук Шевчука В. П., Шеховцова В. В., Котовско-ва А. В., Ходеса И. В., Орешкина В. Н., творческое общение с которыми во время учебы в институте и в ходе совместных исследований способствовали становлению моего научного мировоззрения, развитию научных идей и их практической реализации.

Особую признательность автор выражает доктору технических наук профессору Злотину Г. Н. и доктору технических наук профессору, заведующему кафедрой «Теплотехника и гидравлика» Федянову Е. А., чье участие, советы и консультации существенно сократили время подготовки и оформления диссертации.

Подобные работы
Куликов Анатолий Олегович
Оценка долговечности элементов ходовой системы гусеничного трактора на основании ускоренных стендовых испытаний
Шелухин Владимир Сергеевич
Моделирование условий эксплуатации при оптимизации подвесок гусеничных тракторов
Ага Никита Владимирович
Разработка методов расчета показателей качества нелинейных виброзащитных систем автомобиля с учетом многообразия условий эксплуатации
Фролов Алексей Марксович
Совершенствование системы проектирования элементов сферических шарниров с учетом реновационных мероприятий в их полном жизненном цикле
Кочадзе Теймураз Поликарпович
Снижение нагруженности и металлоемкости рессорных подвесок сельскохозяйственных автомобилей типа 4*4 на основе анализа условий реальной эксплуатации
Сироткина Анна Валентиновна
Мониторинг технического уровня и потребительских свойств автомобильной техники на основе результатов испытаний в условиях реальной эксплуатации
Троицкий Виктор Игоревич
Снижение износа шин управляемых колес обеспечением рационального соотношения углов их поворота при эксплуатации легкового автомобиля в условиях города (на примере автомобиля ГАЗ-24 "Волга")
Шестухин В.И.
Исследование влияния параметров топливной аппаратуры на работу дизеля в условиях неустановившейся нагрузки тракторов и автомобилей
Ветрова Анжелика Амировна
Математические и структурно-параметрические модели нелинейных физико-технических эффектов для синтеза элементов систем управления
Киселёв Александр Александрович
Энергоинформационная модель оптических поляризационных эффектов для синтеза чувствительных элементов систем управления

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