WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

На правах рукописи

Тараторкин ИгорьАлександрович

разработка расчетных иэкспериментальных методов снижениядинамической нагруженности и повышениядолговечности гидромеханическихтрансмиссий транспортных машин

Специальность 05.05.03Колесные и гусеничные машины

Автореферат

диссертации насоискание ученой степени

доктора техническихнаук

Курган 2009

Работа выполнена вИнституте машиноведения Уральскогоотделения РАН, Курганском государственномуниверситете

Официальные оппоненты:

Ведущаяорганизация:

доктора техническихнаук

********** *.*.,

********** *.*.,

********** *.*.

ОАО Всероссийский

научно-исследовательский институт

транспортногомашиностроения

( ОАО «ВНИИТРАНСМАШ» )

Защита диссертациисостоится «15»июня 2009 г. в 1430 на заседаниидиссертационного совета ДД212.141.07 в Московскомгосударственном техническом университетеим. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-аяБауманская ул., д. 5.

Ваши отзывы в двухэкземплярах, заверенные печатью, просьбавыслать по указанному адресу.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке Московскогогосударственного техническогоуниверситета им. Н.Э. Баумана.

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

Ученыйсекретарь

диссертационногосовета

доктор технических наук,профессор

Гладов Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность проблемы

Долговечностьсовременных и перспективных трансмиссийтранспортных машин во многомограничивается высокой динамическойнагруженностью, формируемой внешними ивнутренними возмущениями. Неравномерностьнагрузоквызывает изгибные и крутильные колебания,которые являются причиной до 80% отказов.

Для перспективных имодернизируемых транспортных машинразрабатываются гидромеханические трансмиссии, так какпринято считать, что введениемгидротрансформатора – активного фильтраколебаний на входе и выходе из трансмиссии,можно обеспечить требуемый уровеньдолговечности элементов трансмиссий.

Однако результатыпроведенных экспериментальныхисследований опытных конструкцийсвидетельствуют о высокой динамическойнагруженностипри переходных процессах трогания с места,переключения передач и при блокировкегидротрансформатора, а также наустановившихся режимах движения транспортноймашины, что ограничивает долговечностьэлементов трансмиссии. Это определяетнеобходимость проведения глубокихисследований, направленных на снижениединамической нагруженности.

Учитывая высокуюстоимость современных трансмиссий идополнительные затраты на восстановлениев течении ресурса машины, проблемаповышения долговечности и снижения динамическойнагруженности в трансмиссии транспортныхмашин является актуальной. В настоящеевремя действуют РТМ и ОСТы дляпрогнозирования долговечноститрансмиссийтранспортных машин, разработанные ВНИИТМ,которые базируются на экспериментальных данных дляранее спроектированных машин и непозволяют учесть потенциальные свойствапроектируемых машин, особенности новыхконструктивных решений, условия эксплуатации и др.Аналитические методы прогнозированиядолговечности, основанные на трудах ученых испециалистов ВАБТВ, МГТУ им. Н.Э. Баумана,БПИ, создавались для машин с низкойудельной мощностью при установившемсядвижении, для которых не высокавероятностьдвижения на высоких скоростях. Сповышением удельной мощностиперспективных машин возрастаетдлительность движения при переходныхпроцессах управления поступательной скоростью инаправлением движения. Известныематематические модели не позволяют в достаточнойстепени учитывать реальные особенностиконструкции, условия и режимы управляемогодвижения машин, их взаимодействие свнешней средой, интенсивность изменения иособенности формирования законовуправления, динамику системы управлениядвижением и водителя как звена обратнойсвязи системы.

Повышение удельноймощности при ограниченныхобъемно-габаритных и массовых параметрах,тенденция дальнейшего повышенияскоростных качеств машин, установленные новыеособенности характера взаимодействиямашины с внешней средой, а также неисследованные ранее динамическиеявления в трансмиссиях лимитируютдолговечность их элементов.

Содержаниедиссертационной работы базируются нарезультатах исследования динамики управляемогодвижения перспективных и модернизируемыхтранспортных машин, выполненных принепосредственном участии автора запоследние годы при поддержке грантамиПрезидиума РАН, РФФИ, Минобразования и наукиРоссии.

Цельисследования – повышение долговечностигидромеханических трансмиссийтранспортных машин путем снижениядинамической нагруженности элементоврасчетно-экспериментальнымиметодами.

Указанная цельдостигается решением следующихзадач.

  1. Разработкойрасчетных методов снижениядинамической нагруженностимеханической системы «двигатель – трансмиссия -транспортная машина», взаимодействующей с внешнейсредой при управляемом движении.
  2. Разработкой методаснижения динамической нагруженности,повышения долговечности валов иметаллокерамических дисков (МКД)фрикционных элементов гидромеханическойтрансмиссии на резонансных режимах ибифуркациях.
  3. Разработкой методаснижения динамической нагруженностигидромеханической трансмиссии путем адаптацияпрограмм оптимального управленияпереходными процессами на основе мониторинга иидентификации требуемых режимов движенияи технического состояния.
  4. Исследованиемдинамической нагруженности элементовтрансмиссии при регулировании направления движениягусеничной машины с нелинейной системойуправления поворотом.
  5. Созданиекомплекса информационно-измерительнойаппаратуры.
  6. Экспериментальнымисследованием динамики механическойсистемы «двигатель – трансмиссия - транспортнаямашина», взаимодействующей с внешнейсредой.
  7. Обобщениемрезультатов исследований, научнымобоснованием путей снижения динамическойнагруженности, повышения долговечностигидромеханических трансмиссий транспортныхмашин и оценкой эффективности результатовисследований.

Решение этих задачпозволяет дополнить существующие методырасчета и прогнозирования динамическойнагруженности гидромеханическихтрансмиссий транспортных машин и определяетпути обеспечения необходимойдолговечности элементов.

Методыисследования

При построенииматематической модели управляемогодвижения машины использованы методыаналитической механики, дифференциальногои интегрального исчисления, методыстатистической динамики, корреляционногои спектрального анализа, теорийнепрерывныхмарковских процессов и движениятранспортных машин. Расчет параметровуправляемогодвижения машин и динамическойнагруженности на установившихся ипереходных процессах осуществляется с помощьюметодов вычислительной математики.Аналитическое определение собственных частотметаллокерамических дисков фрикционныхэлементов осуществлялось в соответствии суравнениями волновой теории иматематической физики, а численное - наоснове моделированиянапряженно-деформированного состоянияметодом конечных элементов. Оценкаадекватности результатов теоретическогоисследования, корректность основных допущенийбазируются на сопоставлении срезультатами экспериментальных исследований– ходовыхиспытаний быстроходных гусеничных иколесных машин с использованием специальноразработанного бортового комплексаинформационно-измерительной аппаратуры.Действительные частотыметаллокерамических дисков определялись в соответствиис разработанным экспресс-методом насозданной экспериментальной установке.

Обработкаэкспериментальных данных велась на основетеории вероятности, спектральных функций,прямого преобразования Фурье впрограммных пакетах Mathcad, MatLab, PowerGraph и Statistica.

Научная новизна работы заключаетсяв следующем:

  1. Разработанаматематическая модель управляемогодвижения быстроходной гусеничной машины, вкоторой водитель осуществляет функциюупреждающегоуправления и звена обратной связи.Особенностью новой модели являетсявозможность исследовать динамическую нагруженностьтрансмиссии, формируемую взаимодействиеммашины с внешней средой в характерныхусловиях движения (при регулированиипоступательной скорости и направления движения).
  2. Предложенаматематическая модель гидромеханическойтрансмиссии транспортной машины как существеннонелинейной, разветвленной системыпеременной структуры, содержащей кольцевые элементы,на основе которой исследованадинамическая нагруженность валов и фрикционныхэлементов гидромеханической трансмиссиина установившихся (на резонансных) режимах ибифуркациях.
  3. Впервые изучены инаучно обоснованы закономерности явлениягенерации колебаний гидротрансформатором,приводящих к резонансу металлокерамическихдисков фрикционных элементов. Разработаныматематические модели для определениясобственных частот и форм колебаний МКД взависимостиот параметров конструкции ифизико-механических свойств, решенияобратной задачи исключения резонансныхрежимов.
  4. Обоснованы иразработаны новые законы и закономерностии методадаптации основной программы управленияпереходными процессами гидромеханическойтрансмиссии транспортной машины на основемониторинга, идентификации требуемыхрежимов движения и технического состоянияэлементов,обеспечивающие минимум работы буксованияфрикционных элементов при ограниченнойдинамической нагруженности.
  5. Установленызакономерности отклонения параметровтраектории при регулировании направления движения отзаданных в зависимости от условийдвижения, динамических свойств нелинейной системыуправления поворотом и ограниченийпсихофизиологических свойств водителя. Новыезакономерности позволяют более точно (дошести раз) прогнозировать параметры динамическойнагруженности и определять путиисключения автоколебательных процессов в системеуправления поворотом.
  6. На основеобобщения результатов теоретических иэкспериментальных исследований научнообоснованы направления совершенствованиясуществующих методов прогнозированиядинамической нагруженности на раннихэтапах проектирования, путей ее снижения и,соответственно, повышения долговечноститрансмиссий транспортных машин.

Практическаяценность

Совершенствованиесуществующих методов прогнозированиядинамической нагруженности, базирующееся нарезультатах выполненных исследований, позволяет настадии проектирования уменьшитьдинамическую нагруженность элементовгидромеханических трансмиссий, тем самымобеспечить требуемую долговечность, а засчет сокращения доводочных работ ускорить процесс создания новыхконструкций трансмиссий, снизить затратына их разработку.

С использованиемразработанного пакета компьютерныхпрограмм представляется возможнымпрогнозировать условия возникновениярезонансных режимов в существенно нелинейных до- ипослетрансформаторных зонах, фрикционныхэлементов, решать обратную задачу повыводу резонансных режимов за пределырабочего диапазона. Имитационным моделированиемустановлены особенности поведениясущественно нелинейной системы вокрестностяхбифуркационных границ, их влияние навибронагруженность трансмиссии.

На основеустановленных закономерностей динамикиуправляемого движения представляетсявозможным уменьшить зависимостьдинамических свойств от нелинейностейсистемыуправления. Синтезированная программауправления поворотом быстроходнойгусеничноймашины позволяет существенно сократитьдинамическую нагруженность трансмиссии, сократитьинтенсивность управляющей деятельностиводителя и уровень требований к егоквалификации.

Использованиеразработанного мобильногоизмерительно-регистрирующегокомплексапозволило выполнить экспериментальныеисследованиядинамики гидромеханической трансмиссии в реальныхусловиях управляемого движениятранспортных машин, получить новыеэкспериментальные данныео динамическойнагруженности в системе«двигатель – трансмиссия -транспортная машина» при различныхрежимах движения в не исследованном ранеедиапазонечастот.

Использованиепредложенных алгоритмов решения обратнойзадачи позволило синтезироватьконструкции гасителей колебаний,уменьшить амплитуду динамического момента вгидромеханической трансмиссии в 5…6 раз ивывести резонансный режим за пределырабочегодиапазона частот вращения двигателя, а припереходных процессах управленияпоступательной скоростью и направления движения– в 2…3раза.

На защитувыносятся:

- Усовершенствованные методыснижения динамической нагруженностигидромеханических трансмиссий транспортныхмашин как существенно нелинейныхразветвленных систем переменнойструктуры, содержащих кольцевые структурыпри переходных процессах и наустановившихся режимах, в том числе вофрикционных элементах системы управления.

- Математическиемодели управляемого движения машины,взаимодействующей с внешней средой исистемы «двигатель – трансмиссия -транспортная машина».

- Результатытеоретических и экспериментальныхисследований динамики управляемого движения идинамической нагруженности трансмиссиипри переходных процессах и на установившихся режимах.

- Методы адаптациипрограмм управления поступательнойскоростью и направлением движением, основанные намониторинге и идентификации техническогосостояния и требуемых режимов движения машины.

- Метод синтеза иконструирования динамических гасителейколебаний элементов трансмиссии исовершенствование метода проектированияметаллокерамических дисков фрикционных элементов.

Реализация работы

Теоретические иэкспериментальные исследования отражены в12 отчетах о НИР, переданных ОАО «СКБМ» и управлениюконструкторских работ ОАО «Автодизель»,ООО «КАТЕ», ООО «КЗКТ». Полученныерезультаты приняты за основу приразработке технического задания на проектированияавтоматизированной системыуправления переключением передачгидромеханической трансмиссии ОАО«Электромашина», г. Челябинск. Результатыработы использованы при доводкетрансмиссий серийно выпускаемых изделийпроизводстваОАО «Курганмашзавод» ТМ-120, МЛ-107 и опытногоизделия ТМ-130, опытных трансмиссий для автомобиляКАМАЗ-43106 (66),при выполнении ОКР по теме«Естественница», «Курганец», «Жигули»,«Садовница», «Каркас» и др., а также вучебном процессе при подготовке студентовспециальности 190202 в Курганскомгосударственном университете. Новыерезультаты исследований переданы и используютсяпри выполнении НИР и ОКР в ГСКБ «ЧТЗ», НАТИи ЮУрГУ.

Апробация работы

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»