WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Во второй главе описана методика экспериментальных исследований нагруженности промышленного трактора при выполнении им рабочих операций, приведены результаты анализа экспериментальных исследований и сформулированы требования к математической модели.

Исследования выполнены на базе полигона Испытательного центра ООО «ГСКБ ЧТЗ» (пос. Мисяш) при разработке бульдозерным и рыхлительным агрегатами на базе трактора Т10М суглинка и разборного каменистого грунта в карьере. Все рабочие операции выполнялись на первой передаче при прямолинейном движении в соответствии с техническими условиями на эксплуатацию.

Специально созданный комплекс измерительных устройств и аппаратуры, позволил при выполнении рабочих операций бульдозерно-рыхлительным агрегатом осуществлять непрерывную регистрацию случайных процессов изменения усилий, действующих на корпус трактора со стороны рабочих орудий.

В качестве датчиков усилий использованы штатные элементы крепления бульдозерного и рыхлительного оборудования к несущей системе трактора (цапфы крепления толкающих брусьев и пальцы гидроцилиндров).

На осциллограмме процессов изменения внешних сил на корпус трактора при бульдозировании отчетливо видна цикличность нагрузок (рис. 1, а), вызванная выглублениями отвала с целью предотвращения остановки трактора при повышении уровня буксования гусеничного движителя. Помимо нагрузок со стороны рабочих органов, рама трактора испытывает кинематическое нагружение со стороны ходовой системы. Так во время движения трактора по неровностям элементы несущей системы подвержены нагружению вследствие возникновения явления пробоя полужесткой подвески (рис. 1, б).

Для случайных процессов изменения измеренных нагрузок определены основные характеристики – математическое ожидание, дисперсия, эмпирическая корреляционная функция, коэффициент сложности структуры. Вид спектральных а) P, кН -20 30 40 50 60 t, c вертикальное усилие; горизонтальное усилие б) Пробои подвески, МПа Прямой ход Откат -10 30 50 70 t, c Рис. 1. Фрагменты осциллограмм процессов изменения нагрузок со стороны отвала на корпус трактора (а) и напряжений в опасной зоне рамы (б) при бульдозировании суглинка плотностей (рис. 2) и значения коэффициента сложности структуры указывают на то, что исследуемые случайные функции относятся к широкополосным процессам, при этом их основная мощность сосредоточена в низкочастотной области в интервалах = 0…10 рад/с. По-видимому, отмеченное объясняется наличием в процессах постоянных составляющих, обусловленных резанием грунта и перемещением призмы, а также низкочастотным (1…4 рад/с) управляющим воздействием со стороны водителя по выглублеSP, кН2с нию и заглублению отвала.

Анализ результатов экспериразборный ментальных исследований выявил каменистый грунт необходимость включения в модель динамики промышленного трактора суглинок учет дополнительных факторов, оп- ределивших научную новизну дис сертационной работы, а именно:

, рад/c 0 10 20 1. Необходимость одновременного Рис. 2. Спектральные плотности отображения двух связанных входпроцессов изменения суммарного ных воздействий – силового со стогоризонтального усилия со стороны роны рабочих органов и кинематичебульдозерного оборудования ского со стороны ходовой системы.

2. Необходимость учета наличия существенной нелинейности системы подрессоривания, связанной с изменчивостью ее структуры.

3. Необходимость отображения цикличности рабочих нагрузок, связанной с наличием явления экстремального буксования при бульдозировании.

4. При сравнительных расчетах, обычно выполняемых на этапах модернизации базовых моделей трактора, является целесообразным применение более компактного способа задания нагрузок от рабочих органов в виде случайного вектора, который является равнодействующей внешних сил со стороны разрабатываемого грунта на рабочий орган.

В третьей главе рассматривается математическая модель процесса эксплуатации промышленного трактора. Бульдозерно-рыхлительный агрегат следует рассматривать как связанную, существенно нелинейную систему, испытывающую случайное нестационарное внешнее воздействие. Основные исходные положения и допущения сводятся к следующему: Применительно к конструкции трактора: 1) учитываются существенные нелинейности, связанные с переменностью структуры элементов системы; 2) корпус трактора и элементы несущей системы (кроме подвески) на этапе определения процессов изменения обобщенных координат рассматриваются как абсолютно жесткие тела;

3) тягово-скоростные характеристики двигателя внутреннего сгорания описываются его статической характеристикой; 4) гусеничный обвод считается недеформируемым; 5) рассматривается промышленный трактор с механической трансмиссией как вариант, отличающийся наиболее высокой интенсивностью нагружения; Применительно к воздействиям внешней среды: 6) в качестве г Pгц,пр в Pгц,пр А Mдвiтр MK g с, µ пр, в Pцп,пр лев г PT MT g Pцп,пр А Y (i h(X) lгр) ( г О Pгрi) Pрых в сгр, µгр Pрых X Рис. 3. Схема к математической модели процесса эксплуатации промышленного трактора в составе бульдозерно-рыхлительного агрегата входных воздействий рассматриваются: профиль пути со стороны ходовой системы и нагрузки со стороны рабочих органов; 7) дорожное полотно рассматривается как податливая среда; Применительно к технологическому процессу, выполняемому бульдозерно-рыхлительным агрегатом: 8) учитывается экстремальное буксование, как неотъемлемая часть технологического процесса;

9) рассматривается только прямолинейное движение бульдозернорыхлительного агрегата.

С учетом сформулированных выше требований и допущений выбрана расчетная схема бульдозерно-рыхлительного агрегата (рис. 3). В качестве обобщенных координат, определяющих положение трактора с рабочим органом на грунте, приняты семь следующих физических величин: горизонтальная ( X ) и вертикальная (Y ) координаты оси ведущего колеса, углы поворота корпуса трактора ( ) и гусеничных тележек (лев, пр ) в продольной вертикальной плоскости, угол поворота корпуса трактора в поперечной вертикальной плоскости ( ), угол поворота осей ведущих колес ( ). С применением процедуры Лагранжа II рода составлена система дифференциальных уравнений, определяющих движение бульдозерно-рыхлительного агрегата в процессе работы:

г г г, г, 2MT + M X = Pгц,пр t + Pгц,лев t - Рцппр t - Рцплев t + РT - Mдвiтрrв.к. ;

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (1) K MT 2 Y + g + 0,5LT лев + пр + M + g + 0,5LK = ( ) ( ) K Y в в в, в (i) (i) = Pцп,пр t + Pцп,лев t - Ргцпр t - Pгц,лев t + ( ) ( ) ( ) ( ) P (h) + P (h);

гр,пр гр,лев (2) i i 0,5M LK Y + g + 0,5LK + JK - K Z -cL2 a L + 0,5 лев + пр - - µL2 0,5 лев + пр - = ( ) ( ) в в г г = - Pгц,пр t + Pгц,лев t xK - Pгц,пр t + Pгц,лев t yK ;

( ) ( ) ( ) ( ) (3) ( ) ( ) 0,5MT LT Y + g + 0,5b + 0,5LTлев + JT лев + Z +0,5cL2 a L + 0,5 лев + пр - + 0,5µL2 0,5 лев + пр - = ( ) ( ) в г (i) (i = Pцп,лев t xT - Pцп,лев t yT + ( ) ( ) P (h)lгр) ;

гр,лев (4) i 0,5MT LT Y + g - 0,5b + 0,5LTпр + JT пр + Z +0,5cL2 a L + 0,5 лев + пр - + 0,5µL2 0,5 лев + пр - = ( ) ( ) в г (i) (i = Pцп,пр t xT - Pцп,пр t yT + ( ) ( ) P (h)lгр) ;

гр,пр (5) i 0,25LT лев -пр + 0,5b + JKX + 2JT = MTb ( ) X в в (i) в в (i) = 0,5b Pгц,пр + Pцп,лев + ( ) ( ) (6) P h - 0,5b Pгц,лев + Pцп,пр + P h ;

гр,лев гр,пр i i Jпр = Mдвiтр - PTrв.к..

(7) Помимо дифференциальных уравнений, определяющих движение бульдозерно-рыхлительного агрегата, возникает необходимость включения в математическую модель уравнения связи, которое по известным силам сопротивления установит соотношение между теоретической и действительной скоростями движения. Учет буксования гусеничного движителя выполнен с помощью известного эмпирического выражения для определения коэффициента буксования при непостоянном сцепном весе. В выбранных обобщенных координатах уравнение буксования запишется следующим образом:

0,(8) rв.к. - X rв.к. =1- 1- vкр vкр max.

( ) ( ) где vкр – удельное тяговое усилие на крюке; vкр max – максимальный коэффициент сцепления по тяговому усилию на крюке.

В системе уравнений (1)–(7) не отображена нелинейность характеристики системы подрессоривания, обусловленная конструкцией промышленного трактора. Во время движения трактора по неровностям возможны замыкания балансирного устройства на один из лонжеронов, при этом происходит скачкообразное изменение жесткости поперечной балки почти в два раза (определено расчетом). В итоге система дифференциальных уравнений дополняется условием возникновения замыкания балансирного устройства:

c1, если лев - < и пр - <;

c = (9) с, если лев - > или пр - >, где – угол поворота корпуса трактора относительно гусеничных тележек, при котором происходит замыкание балки на лонжерон.

Поскольку в конструкции полужесткой подвески оси опорных катков жестко закреплены по длине гусеничной тележки, то постоянная связь каждого опорного катка с поверхностью случайного профиля отсутствует, что также делает рассматриваемую систему нелинейной. Этим предлагаемая математическая модель отличается от известных, описывающих динамику трактора с индивидуальным и кареточным подрессориванием. Явление отрыва опорных катков отражено в разработанной математической модели в не(i) явной форме – в виде моментов от реакций P со стороны грунта относигр тельно оси ведущего колеса в уравнениях (4), (5). Вопрос распределения усилий между опорными катками со стороны податливого грунта решается комплексно с системой уравнений (1)–(9).

Таким образом, в рамках принятых исходных положений и допущений систему из семи дифференциальных уравнений (1)–(7), уравнение связи (8) и условие, отображающее изменчивость структуры полужесткой подвески промышленного трактора (9) можно рассматривать в качестве математической модели, описывающей динамику бульдозерно-рыхлительного агрегата.

Реализация математической модели может быть выполнена различными способами, отличающимися применяемым математическим аппаратом, способом задания случайного внешнего воздействия, информативностью и достовер ностью получаемых результатов. Математическая модель реализована путем численного интегрирования дифференциальных уравнений с помощью специально созданного комплекса вычислительных программ. При этом входные процессы на корпус и ходовую систему трактора синхронно задаются в виде ансамблей случайных реализаций, каждый из которых соответствует различным видам землеройных работ.

В диссертации приводятся результаты исследований нагруженности элементов несущих систем трактора, а также других силовых и кинематических параметров. На рис. 4 в качестве примера иллюстрируются результаты последовательного перехода от экспериментально полученных процессов внешнего воздействия со стороны рабочих органов к моделируемым процессам изменения обобщенных координат и затем к динамическим нагрузкам на различные исследуемые элементы несущей системы трактора.

200 0,Y, м P, кН 0, 0, 20 25 30 35 t, c 20 25 30 35 t, c б) а) -0,, рад F, кН, рад - -0,-0,02 20 25 30 35 t, c 40 20 25 30 35 t, c в) г) а) суммарное горизонтальное усилие со стороны отвала бульдозера на корпус трактора, измеренное в условиях реальной эксплуатации при бульдозировании суглинка;

б) вертикальная координата оси ведущего колеса; в) углы поворота гусеничной тележки и корпуса трактора ; г) нагрузка на поперечную балку со стороны корпуса трактора Рис. 4. Фрагменты осциллограмм, иллюстрирующие порядок последовательного перехода от экспериментально измеренных нагрузок на рабочих органах к нагрузкам, воспринимаемым элементами несущей системы трактора Применение комплекса разработанных программ позволило выполнить ряд расчетных исследований в широком диапазоне изменения параметров и условий работы, в частности: влияние жесткости поперечной балки и величины зазора в зоне контакта с лонжероном на уровень максимальных ускорений на месте крепления кресла водителя, определяющих уровень комфортности работы, в транспортном режиме. Было установлено, что наибольшие ускорения возникают в мо менты пробоев подвески; при этом снижение жесткости балансирного устройства благоприятно сказывается на уровне максимальных ускорений, но приводит к возрастанию числа пробоев в единицу времени. Увеличение зазора в зоне контакта ведет к одновременному снижению максимальных ускорений и числа пробоев (рис. 5). В диссертации также приводятся результаты исследования эксплуатационной нагруженности других элементов несущей системы трактора.

Таким образом, предложенная математическая модель процесса эксплуатации бульдозерно-рыхлительного агрегата позволяет достаточно полно отобразить динамические процессы, протекающие в различных элементах несущей системы трактора.

Математическое Количество пробоев, ожидание, м/с2 Дисперсия, (м/с2)2 1/час 9,0 2,8,5 1,8,0 1,7,5 1,7, 0 – жесткий балансир ( = 25 мм) – листовая рессора ( = 25 мм) – жесткий балансир ( = 50 мм) – листовая рессора ( = 50 мм) Рис. 5. Статистические характеристики максимальных ускорений в моменты пробоев подвески на месте крепления кресла водителя при движении тракторов по наезженной грунтовой дороге с различной конструкцией балансирного устройства В четвертой главе рассмотрены методические вопросы решения специфических для дорожно-строительной техники задач, в частности: 1) переход от случайных функций изменения во времени обобщенных координат к процессам изменения нагрузок, действующих на различные узлы и детали; 2) расчет полей напряжений в конструкциях при многопараметрическом случайном нагружении;

3) определение потенциально опасных зон с точки зрения зарождения и развития усталостных повреждений; 4) расчетная оценка и разработка предложений по обеспечению требуемой усталостной долговечности.

В качестве примера в диссертации рассмотрена задача о прогнозировании долговечности поперечной балки трактора. Определены процессы изменения нагрузки, действующей на нее со стороны корпуса трактора при работе трактора в составе бульдозерного и рыхлительного агрегатов при разработке суглинка II категории плотности (рис. 4, г) и разборного каменистого грунта в карьере.

Применение метода конечных элементов позволило выявить несколько наиболее напряженных зон балансира и определить соответствующие коэффициенты влияния. Для наиболее напряженной зоны построен блок нагружения и на ос нове корректированной гипотезы линейного суммирования повреждений выполнена оценка долговечности балансира по критерию усталостного разрушения с учетом рассеяния усталостных свойств материала.

Pages:     | 1 || 3 |






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