Методика расчета и оценки показателей плавности хода быстроходных гусеничных машин со связанной системой подрессоривания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Головашкин, Федор Петрович

• Головашкин, Федор Петрович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Головашкин, Федор Петрович

Список буквенных сокращений используемых в диссертации.

Введение

I. Состояние вопроса, обоснование применения связанной системы подрессоривания на быстроходныхХМ. Выбор объекта и постановка задач исследования.

1.1. Влияние негативных факторов, возникающих при движении гусеничной машины.

1.2. Анализ работ по теоретическому исследованию и конструированию систем подрессоривания ГМ. 13 1.2. Г. Анализ работ по теории и расчету систем подрессоривания ГМ.

I.2.2. Анализ работ по конструированию систем подрессоривания ГМ.

1.3. Выбор расчетных условий движения ГМ.

1.4. Классификация систем подрессоривания, их сравнительный анализ и- обоснование применения связанных систем подрессоривания на быстроходных ГМ. Выбор объекта аналитических и экспериментальных исследований.

1.5. Выводы. 38»

Ili Методика расчета показателей плавности хода быстроходных ГМ со связанной пневмогидравлической системой подрессоривания.

II. 1. Основные положения и условия методики.

II-1.1. Общая структура методики.

11.2. Построение математической модели ГМ со связанными ИГР.

II.2.1. Выбор системы координат.

11.2.2. Характеристика рабочих процессов в ПГР.

11.2.3. Функциональная модель ПГР.

11.2.4. Расчетная схема связанной пневмогидравлической системы подрессоривания 50 IL2.4.1. Механическая подсистема подвески первого опорного катка.

11.2.4.2. Гидравлическая подсистема подвески первого опорного катка с соединительным трубопроводом.

11.2.4.3. Гидравлическая подсистема подвески шестого опорного катка.

11.2.4.4. Механическая подсистема подвески шестого опорного катка.

11.3. Формирование исходных данных для расчета.

11.3.1. Показатели исходного статического положения ГМ.

11.3.2. Показатели ПГР и газо-гидравлической связи.

И.З.З. Показатели трассы и режимов движения ГМ.

II.3.4. Начальные и конечные условия расчета.

11.4. Определение показателей упругодемпфирующей характеристики подвески.

11.4.1. Определение геометрических показателей рычажно-балансирной подвески ПГР.

11.4.2. Силовой расчет для режима «Начало движения ГМ».

11.4.3. Силовой расчет для режима «Установившееся движение ГМ».

11.4.4. Расчет с учетом влияния сжимаемости рабочей жидкости.

11.4.5. Определение текущего положения осиу'-го опорного катка.

11.4.6. Определение значений упругодемпфирующей характеристики независимой подвески. 78'

11.4.7. Определение значений упругодемпфирующей характеристики связанных попарно подвесок крайних опорных катков.

11.4.7.1. Определение значений механической подсистемы подвески первого опорного катка. 8 Г

11.4.7.2. Определение значений гидравлической подсистемы подвески первого опорного катка.

11.4.7.3. Определение значений гидравлической подсистемы подвески шестого опорного катка.

11.4.7.4. Определение значений механической подсистемы подвески шестого опорного катка.

11.5. Определение параметров плавности хода ГМ.

11.5.1. Уравнения движения ГМ. *

11.5.2. Определение показателей положения корпуса.

11.5.3. Определение ускорений точек корпуса ГМ.

11.5.4. Определение показателей скоростной характеристики.

11.5.5. Сохранение результатов расчета.

11.6. Оценка показателей плавности хода ГМ.

III. Расчет и оценка показателей плавности хода быстроходной ГМ со связанной пневмогидравлической системой подрессоривания.

III. 1. Исходные данные для проведения расчета.

III.2. Построение упругой характеристики ПГР.

111.2.1. Предварительный расчет показателей ПГР для статического положения ГМ.

111.2.2. Расчет упругой характеристики ПГР для режима «Начало движения ГМ».

111.2.3. Предварительный расчет показателей ПГР для режима «Установившееся движение ГМ».

111.2.4. Расчет упругой характеристики ПГР для режима «Установившееся движение ГМ».

III.2.4.1. Расчет упругой характеристики ПГР с учетом сжимаемости жидкости.

111.3. Построение демпфирующей характеристики амортизатора.

111.4. Расчет показателей плавности хода ГМ.

111.5. Анализ результатов расчета и выводы.

IV. Экспериментальные исследования.

IV. 1. Стендовые испытания связанной системы подрессоривания.

IV. 1.1. Программа и методика стендовых испытаний.

IV. 1.2. Результаты стендовых испытаний и их анализ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика расчета и оценки показателей плавности хода быстроходных гусеничных машин со связанной системой подрессоривания»

Актуальность работы.

Движение гусеничной машины (ГМ) сопровождается-колебательными процессами ее корпуса.

Колебания корпуса ГМ оказывают отрицательное влияние на самочувствие и утомляемость экипажа, и как следствие, снижают качество и оперативность работ выполняемых экипажем. Вынужденное снижение скорости движения машины ниже той величины, которая»допускается сопротивлением-движению, приводит к снижению показателя подвижности ГМ — средней-скорости движения.

Возрастание амплитуд колебаний до жестких ударов балансиров в ограничители хода (пробой подвески) негативно отражается на работоспособности аппаратуры, размещенной в гусеничной машине и приводит к поломкам в узлах и агрегатах шасси.

Существующие на данный момент системы подрессоривания (СП) не в полной мере обеспечивают требуемые показатели плавности хода, особенно^ при высоких скоростях движения.

Высокую плавность хода ГМ возможно реализовать с помощью связанной, системы подрессоривания (ССП) корпуса ГМ, в сочетании с использованием пневмогидравлической'подвески, которая имеет оптимальные характеристики упругого элемента и амортизатора.

Использование различных вариантов связей в связанной системе подрессоривания дает возможность обеспечить оптимальную плавность хода, не ограничивающую по совокупности дорожных условий среднюю скорость движения ГМ различного назначения.

В связи с этим является актуальным создание рациональной ССП на базе пневмогидравлической подвески, позволяющей уменьшить негативное влияние колебательных процессов на экипаж и оборудование быстроходной гусеничной машины.

Цель и задачи исследования.

Цель — обоснование возможности создания рациональной связанной системы подрессоривания на базе пневмогидравлической подвески для модернизируемых и перспективных ГМ различного назначения, позволяющей улучшить показатели плавности хода.

Для достижения цели, поставленной в данной работе, были определены следующие задачи исследования:

- разработка методики расчета основных показателей плавности хода БХГМ со связанной пневмогидравлической системой подрессоривания;

- разработка методики определения нагрузок на оси опорных катков в связанной пневмогидравлической системе подрессоривания, учитывающей I наложенные гидравлические связи в подвесках;

- создание математической модели ГМ со связанной пневмогидравлической системой подрессоривания, позволяющей определить взаимозависимость параметров газа и рабочей жидкости в подвесках;

- проведение экспериментального исследования пневмогидравлической связанной системы подрессоривания ГМ.

Предмет'и объект исследования.

Определение параметров и характеристик связанной системы подрессоривания с пневмогидравлическими рессорами (ПГР) для модернизируемых и перспективных быстроходных гусеничных машин промежуточной весовой категории (изделие ГМ-352).

Методы исследования.

В работе применены теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические методы основаны на теории движения колесных и гусеничных машин с использованием основных положений гидравлики. Экспериментальные исследования основаны на теории планирования эксперимента.

Научная новизна и теоретическая значимость полученных результатов.

1. Разработана методика расчета основных показателей плавности хода быстроходных ГМ со связанной пневмогидравлической системой подрессоривания, позволяющая получить расчетные значения близкие к реальным.

2. Разработана методика расчета нагрузок на оси опорных катков в связанной пневмогидравлической системе подрессоривания, учитывающая наложенные гидравлические связи в подвесках.

3. Создана математическая модель ГМ со связанной пневмогидравлической системой подрессоривания, определяющая взаимозависимость параметров газа и рабочей жидкости в подвесках.

Достоверность результатов исследования.

Выполненные теоретические исследования подтверждены результатами стендовых испытаний экспериментального образца связанной пневмогидравлической системы подрессоривания, проведенными на аттестованном испытательном оборудовании ОАО «Метровагонмаш».

Практическая значимость полученных результатов.„

Разработанные теоретические методы расчета и моделирования позволяют на стадии проектирования определить наиболее рациональные гидравлические связи в связанной системе подрессоривания для получения требуемых показателей плавности хода ГМ.

Основные результаты работы могут быть использованы в научно-исследовательских институтах и конструкторских бюро машиностроительных предприятий при проектировании и создании ходовых частей и систем, подрессоривания перспективных быстроходных гусеничных машин, а также при модернизации серийных ГМ.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

- методика расчета основных показателей плавности хода ГМ' со связанной пневмогидравлической системой подрессоривания;

- методика расчета нагрузок на оси опорных катков в связанной пневмогидравлической системе подрессоривания; учитывающая наложенные гидравлические связи в подвесках;

- математическая модель ГМ со связанной пневмогидравлической системой подрессоривания, определяющая взаимозависимость параметров газа и рабочей жидкости в подвесках;

- результаты экспериментальных исследований связанной системы подрессоривания, подтверждающие правомерность разработанных методик.

Реализация результатов работы.

Результаты работы использованы в научно-исследовательской работе "Викинг-2" и опытно-конструкторских работах ОАО "Метровагонмаш".

Апробация результатов диссертации.

Основные положения работы докладывались и обсуждались: на 49-ой Международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (Москва, МГТУ "МАМИ", 2005г.); на Международной конференции «Военная автомобильная техника XXI века» (Москва, ГАБТУМО РФ, 2006г.); на технических совещаниях ОКБ-40 ОАО "Метровагонмаш" (2004-2007 гг.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 4 работы: три статьи и один патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав основной части, общих выводов, библиографического списка используемой литературы из 31 наименования. Работа содержит 139 страниц, 50 рисунков, 18 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Головашкин, Федор Петрович

Основные результаты и выводы.

1. Разработана математическая модель быстроходной гусеничной машины с пневмогидравлической связанной системой подрессоривания, позволяющая определить взаимозависимость параметров газа и рабочей жидкости в связанных пневмогидравлических подвесках.

Обоснована возможность создания рациональной связанной пневмогидравлической системы подрессоривания ГМ, позволяющей повысить показатели плавности хода модернизируемых и перспективных ГМ различного назначения.

Установлено, что повышение плавности хода при связанной системе подрессоривания достигается за счет перераспределения нагрузок действующих на корпус ГМ от возмущающего воздействия дороги.

Величина перераспределения нагрузок в связанной подвеске зависит от соотношения площади проходных сечений трубопроводов связи и амортизаторов. Для предложенного типа связанной пневмогидравлической подвески величина перераспределения нагрузок действующих на корпус ГМ находится в пределах 18-24 %, в зависимости от условий движения.

2. Разработана методика расчета основных показателей плавности хода ГМ с пневмогидравлической связанной системой подрессоривания, которая позволяет получить расчетные зависимости для определения значений вертикальных и угловых ускорений в любой точке на корпусе ГМ

Величина погрешности при расчете вертикальных ускорений не превышает 10%, а при расчете угловых ускорений - 15%.

Установлено, что характер перераспределения нагрузок зависит от количества и типа наложенных гидравлических связей в подвеске.

3. Разработана методика расчета нагрузок на оси опорных катков в связанной пневмогидравлической системе подрессоривания, учитывающая наложенные гидравлические связи в подвесках.

Разработанная методика учитывает характер перераспределения рабочей жидкости в связанных пневмогидравлических рессорах при различных скоростях движения ГМ, по синусоидальному профилю с различной длиной и высотой волны.

Погрешность определения нагрузок на оси опорных катков ГМ не превышает 5%.

4. Разработана принципиальная гидравлическая схема связанной системы подрессоривания для быстроходной гусеничной машины промежуточной весовой категории, защищенная патентом на полезную модель.

5. Проведенные испытания и сравнительный расчет показали, что применение связанной системы подрессоривания на ГМ с пневмогидравлической подвеской позволяет снизить значения максимальных вертикальных ускорений на месте механика-водителя, на корме и в центре масс ГМ в пределах 11 - 65 %, в зависимости от скорости движения и дорожных условий.

6. Экспериментальные исследования показали стабильные и ожидаемые показатели связанной подвески при нагружении, имитирующем движение ГМ с определенной скоростью, по гармоническому профилю с различной длиной и высотой волны и подтвердили правомерность разработанной методики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Головашкин, Федор Петрович, 2008 год

1. Теоретическое исследование плавности хода машин со связанными амортизаторами. Отчет по НИР/Академия БТВ.- М., 1968. 95 с.

2. Методика оценки систем подрессоривания танков. Отчет по НИР/Академия БТВ.- М., 1962. 72 с.

3. Исследование направлений развития систем подрессоривания танков с целью дальнейшего повышения их быстроходности. Частный отчет по НИР/Академия БТВ.- М., 1978. 83 с.

4. Автоматическое регулирование систем подрессоривания объекта 287. Отчет по НИР/Академия БТВ.- М., 1962. 26 с.

5. Дядченко М.Г., Котиев Г.О., Наумов В.Н. Основы расчета систем подрессоривания гусеничных машин на ЭВМ. Учебное пособие.- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 38 с.

6. Акопян Р.А. Пневматическое подрессоривание автотранспортных средств, ч. 1. Львов: Изд. при Львовском университете, 1979. 218 с.

7. Дмитриев А.А., Чобиток В.А., Тельминов А.В. Теория и расчет нелинейных систем подрессоривания гусеничных машин. М.: «Машиностроение», 1976. — 207 с.

8. Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие.- М.: «Машиностроение», 1975. — 272 е.: ил.

9. Ладур А.Д. Исследование малых колебаний корпуса танка со связанными системами подрессоривания. Информационный выпуск /Академия БТВ.- М., 1966. 61 с.

10. Попов Д.А., Ладур А.Д., Медокс В.Л. Вопросы теории и расчета систем подрессоривания колесных и гусеничных машин. Информационный выпуск /Академия БТВ.- М., 1966. — 64 с.

11. Проектирование гидравлических систем и машин. / Иванов Г.М., Ермаков С.А., Коробочкин Б.Л., Пасынков P.M.; Под общ. редакцией Иванова Г.М.- М.: «Машиностроение», 1992. 224 е.: ил.

12. Чалов В.В. Выбор параметров гидропневматических подвесок и системы регулирования дорожного просвета быстроходных военных гусеничных машин. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук.- М.: «НАТИ», 2004. 124 с.

13. Дмитриев А.А. Приближенный метод исследования и расчета нелинейных систем подрессоривания танков.- М.: Издание академии БТВ, 1964.- 153 с.

14. Мельник В.А. Некоторые вопросы проектирования рессор с диафрагменными разделителями для газогидравлических подвесок. Труды академии БТВ / Информационный выпуск.- М., 1969. — 41 с.

15. Сергеев JI.B. Теория танка.- М.: Издание Академии БТВ, 1973. — 416 с.

16. Забавников Н.А. Основы теории транспортных гусеничных машин.-М.: «Машиностроение», 1975. — 448 с.

17. Чобиток В.А. О потерях мощности в системе подрессоривания танков. Информационный выпуск №107 /Академия БТВ.- М., 1963. — 51 с.

18. Дмитриев А.А., Савочкин В.А. Определение малых колебаний остова гусеничного трактора. «Тракторы и сельскохозяйственные машины» № 4,2001.-С. 23-25.

19. Гришкевич А.И., Чуйко П.А. Исследование влияния параметров подрессоривания на плавность хода гусеничных артиллерийских тягачей. Отчет по НИР /НИИАИ-21. Бронницы, 1960. - 66 с.

20. Тракторы. Конструкция: Учебник для студентов ВУЗов / Ксеневич И.П., Шарипов В.М., Арустамов|Д.Х. и др.; Под общей редакцией Ксенёвича И.П., ШариповаВ.М. — М.: «Машиностроение», 2000. 821 е.: ил.

21. Брюханов О.Н., Коробко В.И., Мелик-Аракелян А.Т. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики: Учебник.- М.: ИНФРА-М, 2005.-254с.

22. Попов Е.П. Выбор рациональных характеристик и схем танковых подвесок и амортизаторов. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. М.: Академия БТВ, 1953. — 273 с.

23. Котиев Г.О. Прогнозирование эксплуатационных свойств систем подрессоривания. военных гусеничных машин. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2000. — 265 с.

24. Гусеничная машина ГМ-352 и ее модификации. Техническое описание. 352-ОООООООТО.

25. Шасси гусеничное ГМ-352М. Памятка-инструкция1 механику-водителю. 352М-0000010ДИ1. М.: Военное издательство, 1989. - 67 с.

26. Пневмогидравлические системы. Расчет и проектирование. / Беляев Н.М., Уваров Е.И., Степанчук Ю.М.; Под редакцией Беляева Н.М. М.: Высш. Школа, 1988. -271 е.: ил.

27. Головашкин Ф.П. Система подрессоривания со связанными гидропневматическими рессорами. Патент на полезную модель RU № 64142. Опубликован 27.06.2007 г.

28. Чобиток В.А Ходовая часть танков. Подвеска. «Техника и вооружение» №№ 7,8,10,11,12/2005 г.

29. Jane's Armour and Artillery Upgrades. Twelfth edition 1999-2000. T. Cullen. C. Foss England, 2000. - 267 c.

30. K.G. Benz «Uprating a Veteran rejuvenating the M48 battle tank» International Defense Review. № 11,1984. С. 1113-1119.