Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин путём вариации модальных свойств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, доктор наук Тараторкин Александр Игоревич

• Тараторкин Александр Игоревич
• доктор наук
• 2022

Оглавление диссертации доктор наук Тараторкин Александр Игоревич

Введение

Глава 1. Состояние вопроса, обоснование задач исследования и предлагаемые подходы их решения

1.1 Основные тенденции развития конструкции силовых передач перспективных транспортных машин

1.2 Анализ характерных повреждений деталей силовых передач транспортных машин. Основные источники формирования повышенной динамической и виброакустической нагруженности перспективных силовых передач транспортных машин

1.3 Анализ результатов исследований, посвящённых вопросам прогнозирования и снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач транспортных машин

Выводы по главе

Глава 2. Теоретическое обоснование путей снижения динамической и виброакустической нагруженности трансмиссий на установившихся и переходных режимах

2.1 Стратегия расчётно-экспериментального метода решения научной проблемы прогнозирования, снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач транспортных машин на основе модального представления динамических систем

2.2 Методы решения нелинейных задач при расчёте спектров возмущения рассматриваемых динамических систем

Выводы по главе

Глава 3. Совершенствование параметров динамической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин

3.1 Реализация метода совершенствования модальных свойств систем для прогнозирования и снижения динамической нагруженности силовой передачи трансмиссии автомобиля категории М1

3.1.1 Гармонический анализ момента двигателей (У8, У12)

3.1.2 Разработка расчётных схем, обоснование динамических моделей. Определение модальных характеристик динамической системы. Синтез гасителя крутильных колебаний

3.1.2.1 Разработка расчётных схем, обоснование динамических моделей.

Определение модальных характеристик динамической системы

3.1.2.2 Синтез гасителя крутильных колебаний

3.1.2.3 Определение частот и форм собственных колебаний динамической системы с рекомендованными упруго-диссипативными характеристиками гасителя

3.1.2.4 Моделирование динамики системы. Численная оценка эффективности синтезированного гасителя крутильных колебаний

3.1.2.4.1 Моделирование динамики системы. Определение динамической нагруженности системы на установившихся режимах

3.1.2.4.2 Определение динамической нагруженности системы

в режиме «нейтраль»

3.1.2.4.3 Оценка влияния на динамическую нагруженность рансмиссии периодических составляющих момента, формируемого электромашиной

3.1.3 Экспериментальное определение динамической нагруженности силовой передачи целевого автомобиля на переходных и установившихся режимах работы

3.1.3.1 Разработка программы-методики испытаний по определению динамической нагруженности силовой передачи целевого автомобиля на переходных и установившихся режимах работы

3.1.3.2 Экспериментальное определение динамической нагруженности силовой передачи автомобиля на переходных режимах работы

3.1.3.2.1 Подготовка и монтаж измерительного оборудования

3.1.3.2.2 Экспериментальное определение динамической нагруженности силовой передачи автомобиля на переходных режимах работы. Обработка экспериментальных данных

3.1.4 Обоснование и разработка метода перераспределения управляющего силового воздействия при переходных режимах движения

3.1.4.1 Анализ низкочастотных колебаний при переходных процессах начала движения с места и при переключении передач

3.1.4.2 Обоснование метода гашения низкочастотных колебаний

3.1.4.3 Оценка эффективности предложенного метода при применении расширенной многомассовой модели динамической системы

3.2 Прогнозирование и снижение динамической нагруженности силовых передач гусеничных машин на основе совершенствования модальных

свойств систем

3.2.1 Расчёт крутильных колебаний в силовой передаче гусеничной машины, прогнозирование динамической нагруженности, вероятности возникновения резонансных режимов в силовых элементах трансмиссии

3.2.1.1 Разработка динамической модели силовой передачи перспективной быстроходной гусеничной машины

3.2.1.2 Оценка динамической нагруженности и прочности элементов гидромеханической передачи

3.2.1.3 Оценка вероятности резонансных режимов от крутильных колебаний

3.2.2 Особенности динамического нагружения силовой передачи гусеничной машины при возникновении нерасчётных режимов работы

3.2.3 Снижение динамической нагруженности привода водометных движителей амфибийных гусеничных машин

3.2.3.1 Теоретическое исследование динамической нагруженности привода водометного движителя амфибийной гусеничной машины

3.2.3.2 Экспериментальное исследование динамической нагруженности привода водометного движителя амфибийной гусеничной машины

3.3 Снижение динамической нагруженности фрикционных элементов управления трансмиссий транспортных машин

3.3.1 Анализ методов проектирования дисков и характерных повреждений

3.3.2 Аналитическое исследование динамики нелинейной системы

3.3.3 Анализ устойчивости периодических решений нелинейной

системы

3.3.4 Экспериментальное исследование динамической нагруженности трансмиссии и определение модальных характеристик фрикционных дисков

3.3.5 Обобщение результатов теоретического и экспериментального исследований

3.3.7 Особенность динамического нагружения фрикционных муфт трансмиссий автомобилей при нерасчётных режимах

3.3.7.1 Анализ особенностей функционирования фрикционных пакетов

на нерасчётных режимах работы

3.3.7.2 Факторы, влияющие на работу фрикционной муфты

3.3.7.3 Математическая модель процесса функционирования

муфты

3.3.7.4 Результаты моделирования процесса включения фрикционной муфты

3.3.7.5 Предлагаемые пути исключения нерасчётного режима функционирования муфты

3.3.7.6 Анализ условий формирования и исключения термоупругой неустойчивости изгибных колебаний дисков при переходных процессах включения/выключения фрикционов

3.4 Прогнозирование динамической нагруженности силовой передачи грузового автомобиля, оснащённого перспективной вально-планетарной коробкой передач с роботизированным сцеплением на установившихся и переходных режимах работы

3.4.1 Разработка расчётных схем, обоснование моделей для прогнозирования динамической нагруженности на установившихся режимах работы силовых передач (в составе различных вариантов «двигатель - проектируемая вально-

планетарная коробка передач» из модельного ряда перспективных трансмиссий с роботизированным сцеплением)

3.4.1.1 Определение модальных характеристик силовой передачи (на примере вально-планетарной трансмиссии с передаваемым максимальным моментом М = 2700 Нм)

3.4.1.2 Разработка рекомендаций по выбору упруго-диссипативных характеристик гасителя крутильных колебаний

3.4.2 Прогнозирование динамической нагруженности силовых передач на переходных режимах работы

3.4.2.1 Общие положения при разработке имитационной модели движения

3.4.2.2 Построение расчётной схемы. Описание работы основных элементов

3.4.2.3 Программная реализация математической модели движения

3.4.2.4 Моделирование алгоритма переключения передач

3.4.2.5 Результаты моделирования динамической нагруженности на переходных режимах работы (движение с переключением передач)

Выводы по главе

Глава 4. Прогнозирование и снижение параметров виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин

4.1 Реализация метода прогнозирования и снижения виброакустической нагруженности (вибрационных и акустических колебаний в области высоких частот) на примере создания АКП для автомобилей категории N2 и N3 с роботизированным и двойным сцеплением

4.1.1 Разработка конечно-элементной математической модели трансмиссии с роботизированным сцеплением и ее верификация

4.1.2 Определение динамических нагрузок, передаваемых на корпус трансмиссии через подшипниковые опоры

4.1.3 Определение виброакустического излучения и оценка модальных свойств трансмиссии

4.2 Реализация метода прогнозирования и снижения виброакустической нагруженности (вибрационных и акустических колебаний в области высоких частот) на примере создания АКП для автомобиля категории М1

4.2.1 Анализ уровней виброакустического излучения АКП: определение источников шума, сравнение нагрузочных режимов

4.2.2 Расчёт динамических погрешностей зубчатых зацеплений АКП как источника шума

4.2.3 Изменение картерных деталей АКП автомобиля категории М1

с целью снижения акустического излучения

4.2.3.1 Источники возмущения в АКП: динамическая погрешность зубчатых зацеплений

4.2.3.2 Источники возмущения в АКП: возмущения, формируемые нелинейными гидродинамическими процессами в рабочей полости масляного насоса

4.2.3.3 Анализ вибраций. Определение звуковой мощности

4.2.3.4 Оценка эффективности предложенных технических решений

Глава 5. Программно-аппаратное обеспечение экспериментальных исследований динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин

5.1 Цели и задачи экспериментальных исследований

5.2 Обоснование состава комплекса испытательного оборудования для экспериментальных исследований динамической и виброакустической нагруженности силовых передач транспортных машин

5.3 Интерпретация результатов экспериментальных исследований

Выводы по главе

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Для перспективных транспортных колёсных и гусеничных машин разрабатываются все более совершенные конструкции силовых передач. Общая тенденция заключается в реализации принципа создания типов, семейств, модельных рядов на основе блочно-модульного построения конструкций и их унификации. В зависимости от условий эксплуатации и мощности двигателя производители предлагают различные наборы блоков-модулей, в состав которых могут быть включены вальные, планетарные и вально-планетарные редукторы, сдвоенные и одиночные сцепления, гидротрансформаторы, гидрообъёмные передачи, электромашины, мотор-генераторы, блоки управления и др. Разработка перечисленных выше устройств в условиях жёстких ограничений по массе, габаритам, эргономическим и виброакустическим показателям при обеспечении требуемого уровня долговечности и комфортабельности предполагает разработку новых методов исследования динамики этих систем и их проектирования с использованием современного математического и программно-аппаратного обеспечения.

Опыт решения задач снижения динамической и виброакустической нагружен-ности силовых передач перспективных колёсных и гусеничных машин свидетельствует об общности подходов, базирующихся на определении частотных и демпфирующих свойств. При исследовании силовых передач, как правило, разрабатываются твердотельные модели с ограниченным числом степеней свободы. При этом характеристиками, определяющими возможность формирования высокой динамической нагруженности и возбуждения резонансов, являются собственные частоты, формы колебаний и коэффициенты демпфирования, т.е. модальные характеристики системы.

В то же время анализ результатов отдельных исследований многих авторов, в частности В. Е. Тольского и Г. В. Латышева, а также собственный опыт доводки

конструкций элементов силовых передач перспективных колёсных и гусеничных машин показал, что в том случае, если конструкция содержит длинные валы, диски, мембраны (картерные детали) и др., удовлетворительные результаты могут быть получены только при комбинированном рассмотрении динамической системы, когда основная модель является по-прежнему твердотельной, а перечисленные выше элементы рассматриваются как тела с распределённой массой, обладающие набором собственных модальных характеристик.

Одновременно с этим при исследовании виброакустической нагруженности силовых передач перспективных колёсных и гусеничных машин на основе современного математического и программно-аппаратного обеспечения (CAD-CAE пакетов) узлы и агрегаты рассматриваются с точки зрения формирования структурных вибраций исключительно как системы с распределённой массой. Основными характеристиками данных систем, как и в случае твердотельных моделей, являются модальные характеристики. Приведённое выше определяет общность алгоритмов решения задач снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач на основе модального представления систем в широком диапазоне частот.

Данный подход строится на применении математического аппарата для решения линейных задач. В то же время анализ результатов испытаний опытных образцов силовых передач перспективных колёсных и гусеничных машин показал, что при решении приведённого выше класса задач существенное значение имеет проявление нелинейностей, приводящих к значительному росту динамической и виброакустической нагруженности, определяемой малоизученными динамическими эффектами. К таким эффектам относятся возбуждение параметрических ре-зонансов, проявление эффектов термоупругой неустойчивости в элементах переключения передач, возбуждающее действие электронных систем управления двигателя и трансмиссии, приводящее к так называемому «конфликту задач», эффект «Бонанца», нелинейность и переменность структуры исследуемых систем.

Существующие методики, используемое программное и аппаратное обеспечение не позволяют в должной мере учитывать проявление вышеперечисленных

эффектов при решении задач ограничения динамической, виброакустической нагруженности силовых передач и повышения комфортабельности автомобилей на установившихся режимах и при переходных процессах. В связи с этим представляется целесообразным решить данную проблему на основе модального представления сложных динамических систем (МПДС) методами вариации их модальных свойств с учётом перечисленных выше и неисследованных ранее эффектов. В этом заключается актуальность предлагаемого исследования.

Цель исследования состоит в решении научной проблемы обеспечения необходимого уровня динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин на основе совершенствования модальных свойств.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1) разработка метода снижения динамической и виброакустической нагру-женности силовых передач колёсных и гусеничных машин (на установившихся режимах работы и при переходных процессах) на основе совершенствования их модальных свойств с использованием современных инструментов CAD-CAE (виртуального образца - модальной модели);

2) создание новых моделей исследуемых силовых передач колёсных и гусеничных машин, трансмиссионных систем, учитывающих переменность структуры и нелинейность свойств объектов исследования на установившихся и переходных режимах работы;

3) проведение теоретических и экспериментальных исследований, установление новых закономерностей, разработка научно обоснованных методов и способов снижения динамической нагруженности элементов конструкции объектов исследования:

- при проектировании элементов конструкции и назначении режимов работы элементов управления - фрикционных дисков в планетарных трансмиссиях;

- при обосновании типов, выборе места установки и определении параметров гасителей крутильных колебаний в силовых передачах различных видов, в том

числе гибридных, оснащённых мехатронными системами управления двигателем и АКП (в рамках работ по доводке планетарной коробки передач (ПКП) перспективной быстроходной гусеничной машины (БГМ), планетарной АКП легкового автомобиля категории М1, линейки вальнопланетарных АКП грузовых автомобилей категорий N2, N3 и ПКП специального колёсного шасси);

- при проектировании силовой передачи привода водомётных движителей амфибийных гусеничных машин (АГМ);

4) создание новых модальных моделей силовых передач на основе использования современных средств CAD-CAE, комплекса методик по их верификации, алгоритма совершенствования виброакустических параметров силовых передач для перспективных трансмиссий (планетарных и вально-планетарных) колёсных и гусеничных машин;

5) разработка технических решений по снижению виброакустической нагружен-ности трансмиссий на основе реализации предложенного метода совершенствования модальных свойств силовых передач колёсных и гусеничных машин (на примере планетарной АКП легкового автомобиля категории М1 и линейки вально-планетарных роботизированных АКП грузовых автомобилей категорий N2 и N3);

6) оценка эффективности предложенных технических решений по снижению динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин;

7) обоснование требований к конструкции, функциональным возможностям испытательных стендов и комплекса информационно-измерительной аппаратуры, обеспечивающих решение поставленных задач по снижению динамической и виброакустической нагруженности.

Объект исследования - процесс динамического и виброакустического нагружения силовых передач колёсных и гусеничных машин.

Предмет исследования - закономерности формирования динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин, определяемые модальными свойствами динамической системы. Научная новизна работы заключается:

- в разработке нового расчётно-экспериментального метода решения научной проблемы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин, отличающегося применением алгоритмов структурно-динамического анализа для научно обоснованной вариации модальных свойств сложных механических систем с использованием современных средств CAD-CAE;

- в разработке новых моделей исследуемых мехатронных трансмиссионных систем, учитывающих переменность структуры и нелинейность свойств объектов исследования на установившихся и переходных режимах работы с учётом «конфликтов задач», возникающих при совместной реализации алгоритмов управления структурными составляющими силовых передач колёсных и гусеничных машин;

- в установлении новых закономерностей формирования динамической нагруженности в элементах управления (фрикционных дисках) трансмиссий, отличающихся учётом малоизученных эффектов возбуждения параметрических ре-зонансов и термоупругой неустойчивости (патент РФ на изобретение № 2728584), а также вариацией объёма рабочей жидкости в компенсационной камере бустера управления;

- в разработке метода перераспределения силового противофазного управляющего воздействия (при возбуждении низкочастотных энергоёмких колебаний на собственной частоте системы при управлении переключением передач после окончания фазы выравнивания скоростей ведущих и ведомых элементов - эффект «Бонанца»), отличающегося учётом и идентификацией начальной фазы колебаний, определяемой по значениям сигнатур первой и второй производных крутящего момента (патент РФ на изобретение № 2735455);

- в обосновании алгоритмов стабилизации колебательных процессов в силовых передачах колёсных и гусеничных машин, отличающихся определением места установки и параметров гасителя крутильных колебаний с учётом возникновения суб- и супергармонических возмущений, а также возможности возникновения «конфликта задач» при реализации алгоритмов управления тепловым двига-

телем, электромашиной и трансмиссией;

- в разработке новых математических моделей и в обосновании технических решений по снижению динамической нагруженности силовой передачи привода водомётных движителей амфибийных машин, усовершенствованной методики проектного расчёта системы «двигатель - трансмиссия - водомётный движитель -машина», отличающихся учётом кинематических, силовых, периодически изменяемых свойств системы, возбуждающих резонансные параметрические колебания, а также учётом нелинейных характеристик соединений опор углового редуктора силовой передачи;

- в разработке алгоритма структурно-динамического моделирования для обеспечения требуемого уровня виброакустических параметров силовых передач колёсных и гусеничных машин с использованием современных инструментов CAD-CAE на этапе создания виртуального образца (цифровой модели), отличающегося комплексом новых модальных моделей и методик по их верификации для исследуемых систем, использованием обоснованного перечня силовых факторов и средств CAE для их определения и предложенной последовательностью определения путей распространения вибраций и идентификации уровня акустического давления в заданной области пространства с учётом вклада отдельных форм колебаний в интегральный уровень виброакустического излучения;

- в результатах экспериментальной и количественной оценки новых малоизученных явлений возникновения высокомоментного и высокочастотного полигармонического возбуждения, формируемого нелинейными свойствами гидравлических и механических систем (кавитационными процессами в полостях масляных насосов и боковыми зазорами в зубчатых зацеплениях редукторов и др.).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Разработанный на основе модального представления сложных систем расчётно -экспериментальный метод снижения динамической и виброакустической нагру-женности силовых передач колёсных и гусеничных машин.

2. Новые математические модели силовых передач колёсных и гусеничных машин, разработанные на основе модального представления механических систем и

предназначенные для решения задач прогнозирования динамической нагруженно-сти и совершенствования модальных свойств и параметров конструкции. Сложность данных моделей определяется по результатам структурно-динамического анализа с учётом частотного диапазона исследуемых процессов.

3. Результаты моделирования и экспериментальных исследований динамики силовых передач колёсных и гусеничных машин, полученные по результатам выполненных расчётов, а также при проведении стендовых и ходовых испытаний.

4. Новые результаты по оценке динамической и виброакустической нагруженно-сти трансмиссий перспективных колёсных и гусеничных машин и выбору их рациональных параметров.

5. Результаты исследования малоизученных динамических явлений в нелинейных системах, возникающих в трансмиссиях колёсных и гусеничных машин и заключающихся в нарушении устойчивости периодического процесса вследствие возбуждения резонансных режимов при высокочастотных параметрических и других колебаниях, а также вследствие возбуждения низкочастотных энергоёмких колебаний при проявлении эффекта «Бонанца».

6. Результаты исследования явления, называемого «конфликтом задач» в ме-хатронных системах современных силовых передач, в том числе гибридных, включающих в себя ДВС, электромашину и АКП (автоматическую, роботизированную, электромеханическую или гидромеханическую) с соответствующими контроллерами управления, заключающегося в нарушении устойчивости динамической системы при одновременном несогласованном управлении переходными процессами.

7. Основные результаты и выводы, а также положения научной новизны и практической значимости диссертационного исследования.

Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы Теоретическая значимость диссертационной работы состоит в развитии теории создания колёсных и гусеничных машин в части, касающейся обоснования и разработки методов обеспечения требуемого уровня динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин на ос-

нове модального представления исследуемых систем.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в повышении достоверности прогнозирования динамической и виброакустической нагру-женности силовых передач колёсных и гусеничных машин на этапе проектирования:

- разработан и предложен метод модального представления динамических систем с использованием современного программного обеспечения, что позволяет обосновать возможность и целесообразность использования имитационных моделей различной степени сложности;

- представлены рекомендации по совершенствованию (синтезу гасителей колебаний и алгоритмов управления) динамических и виброакустических характеристик опытных образцов трансмиссий многих машин, реализованные при их разработке. Полученные результаты и выводы в области исследования и проектирования виброзащитных систем использованы в процессе создания конструкций новых и модернизации существующих силовых передач многих колёсных и гусеничных машин (перспективных БГМ, АГМ, СКШ, автомобилей категорий М1, N2 и N3).

Реализация результатов диссертационной работы

На основе результатов выполненных расчётно-экспериментальных исследований по снижению динамической и виброакустической нагруженности силовых передач различных колёсных и гусеничных машин осуществлены следующие мероприятия.

1. Предложены и реализованы в трансмиссии перспективной БГМ два варианта гасителей крутильных колебаний - в виде упругого торсионного вала и эластичной упруго-фрикционной муфты, а также обоснована необходимость регулирования инерционных свойств трансмиссии на режиме пуска двигателя путём отключения насосов систем управления поворотом, трансмиссией и привода вентиляторов, а также обосновано введение в конструкцию фрикциона блокировки гидротрансформатора упруго-фрикционного демпфера.

2. На основе результатов моделирования с использованием комплексной модели,

включающей в себя двигатель ЯМЗ-7801, его системы и трансмиссию перспективной БГМ, обоснована необходимость регулирования упруго-инерционных свойств привода генератора и определены требуемые параметры.

3. При совершенствовании модальных свойств системы «двигатель -трансмиссия» с девятиступенчатой планетарной АКП легкового автомобиля категории М1, оснащённого гибридной силовой установкой, обоснован выбор характеристик упруго-фрикционного гасителя крутильных колебаний и определено место его установки между тепловым двигателем и электромашиной.

4. Для обеспечения требуемого уровня динамической нагруженности фрикционов при переходных процессах в девятиступенчатой планетарной АКП легкового автомобиля предложены и реализованы технические решения, минимизирующие отклонение давления управления от заданной величины.

5. Установленные новые закономерности формирования динамической нагружен-ности фрикционных элементов трансмиссий транспортных машин при параметрических резонансных режимах являются основой дополнения и совершенствования методики проектного расчёта фрикционных дисков, учитывающей сложное взаимодействие в нелинейной системе. Запатентован способ их исключения (патент № 2728584 от 30.07.2020) и способ экспериментального определения модальных характеристик (патент RU 122171 от 20.11.2012 и RU 157159 от 20.11.2015). Данная методика реализована в АО «СКБМ» (г. Курган) при выполнении проектных расчётов и в ИМАШ УрО РАН при выполнении госбюджетной НИР.

6. Предложены и реализованы в конструкции трансмиссии специального колёсного шасси (СКШ) с двигателем ЯМЗ-8401 новые технические решения (патент ЯИ 2735455 от 02.11.2020 и патент RU 2581891 от 20.04.2016), позволившие вывести резонансные режимы за пределы рабочего диапазона оборотов двигателя и уменьшить динамическую нагруженность трансмиссии в 5-6 раз. Разработанная конструкция согласующего редуктора с гасителем нового типа внедрена и используется предприятием ООО «НПО «Технотранс», г. Курган при выполнении ремонтных и сервисных работ трансмиссий СКШ.

7. Для разрабатываемого модельного ряда трансмиссий вальнопланетарных роботизированных АКП для грузовых автомобилей определены требуемые параметры упруго-диссипативных характеристик гасителей крутильных колебаний, в соответствии с которыми выбраны конструкции из серийно выпускаемых в автомобильной промышленности.

8. Предложены технические решения в конструкцию силовых передач приводов водометных движителей трансмиссий АГМ массой 14 т, расширяющие область устойчивости периодического процесса и исключающие параметрические резонансные колебания. Их реализация позволила пройти государственные испытания перспективной АГМ массой 14 т.

9. Разработанные модальные модели трансмиссий позволили обосновать и внедрить технические решения для снижения уровня динамической и виброакустической нагруженности при проектировании планетарной АКП легкового автомобиля категории М1 и вальнопланетарных АКП грузовых автомобилей категории N2 и N3. В соответствии с результатами предложены и частично реализованы изменения в конструкции картерных деталей, доработана конструкция масляного насоса.

10. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в двух отчётах по ОКР, переданных в АО «СКБМ», г. Курган, четырёх отчётах по НИОКР, переданных ООО «Миконт», г. Чебоксары, трёх отчётах, переданных ФГУП «НАМИ», г. Москва, и отчётах о НИОКР, подготовленных по результатам выполнения государственных контрактов № 7826р/11397 от 15.04.2010, № 9874р/11397 от 11.01.2012, № 12438р/11397 от 09.01.2014 с федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере»; при выполнении проектов № 2714, № АААА-А18-118020290032-8 (номер госрегистрации в ЕГИСУ НИОКР № 01201461775), при выполнении НИР по гранту Президента РФ для государственной поддержки молодых российских учёных МК-5809.2018.8 «Научное обоснование и разработка метода гашения колебаний при переходных процессах в трансмиссиях перспективных транспортных машин на основе модального пред-

ставления объекта управления». Результаты диссертационной работы также использованы в учебном процессе при подготовке студентов специальности 23.05.02 «Транспортные средства специального назначения», аспирантов специальности 05.05.03 «Колесные и гусеничные машины» в Курганском государственном университете, что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Методы исследования

Применены методы динамического анализа сложных механических и ме-хатронных систем, численные методы решения систем дифференциальных уравнений, методы математической статистики, методы конечных элементов и конечных разностей, методы теории транспортных машин, метод модального анализа динамических систем, экспериментальные методы исследования динамической и виброакустической нагруженности транспортных средств и элементов виброзащитных систем.

Достоверность и обоснованность

Достоверность научных результатов работы подтверждается корректностью постановки задач и применяемых методов нелинейной теории колебаний, изложенных в фундаментальных трудах отечественных и зарубежных учёных. При решении поставленных задач эффективно используются методы системного анализа, методы теории управления, методы математического программирования, а также результаты имитационного моделирования на ЭВМ и экспериментальных исследований.

Научные положения диссертации обоснованы и подтверждены сопоставлением результатов расчёта с данными экспериментальных исследований.

Апробация работы

Основные положения и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на конгрессах FISITA (Пекин-2012, Китай; Маастрихт-2014, Голландия; Ченнаи-2018, Индия); на ежегодных научных конференциях, проводимых ОИМ НАН Беларуси совместно с БГТУ; в международной школе молодых учёных «Нелинейная динамика машин» (School-NDM), проводимой ИМАШ РАН; на XVII Симпозиуме «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем»

(DYVIS-2012) (Москва - Клин) в 2012 году; на международном конгрессе «International Congress of Heavy Vehicles, Road Trains and Urban Transport» в 2010 году, «Europian Automotive Congress» (Республика Беларусь) в 2019 году; на XXV, XXVI Международной инновационно-ориентированной конференции молодых учёных и студентов в ИМАШ РАН (МИКМУС) (Москва) в 2013, 2014 гг.; на научно-технической конференции «Броня-2013» (Омск); на Всероссийской научно-практической конференции РАРАН (Санкт-Петербург) в 2013, 2014, 2015, 2016, 2017, 2018, 2019, 2021 гг.; на VI, VII International BAPT Conference «Power Transmissions 2019-2020 гг.» (Болгария), ICMTMTE 2018-2021 (г. Севастополь); на 14th International Conference on Vibration Engineering and Technology of Machinery (VETOMAC-2018), Португалия. В полном объёме диссертация была обсуждена и одобрена на научных семинарах отдела механики транспортных машин ИМАШ УрО РАН, ГНЦ РФ ФГУП НАМИ и ООО «КАТЕ».

Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в 76 публикациях, в том числе 13 в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертаций на соискание учёной степени доктора наук; в изданиях, входящих в международные системы цитирования SCOPUS и Web of Science - 23 (из них 5 с квартилем Q2-Q3). По результатам работы получено 19 патентов РФ на изобретения и полезные модели.

Личный вклад соискателя

1. Формирование общей идеологии исследований, направленных на расширение возможностей прогнозирования динамической и виброакустической нагру-женности силовых передач колёсных и гусеничных машин, обоснование способов их снижения на ранних стадиях проектирования, постановка цели и задач диссертационной работы.

2. Разработка метода построения динамических моделей сложных мехатрон-ных систем силовых передач перспективных колёсных и гусеничных машин на основе их модального представления.

3. Создание оригинальных моделей исследуемых нелинейных систем пере-

менной структуры, позволяющих определить динамическую нагруженность на установившихся режимах и переходных процессах, в том числе модальных моделей для решения задач оптимизации виброакустических параметров трансмиссий.

4. Обоснование направлений совершенствования процессов, формирующих динамическую и виброакустическую нагруженность трансмиссий транспортных машин.

5. Разработка программ и методик, а также участие в стендовых и ходовых испытаниях колёсных и гусеничных машин.

6. Обработка, анализ и обобщение полученных экспериментальных данных по динамической и виброакустической нагруженности трансмиссий различных колёсных и гусеничных машин.

7. Разработка рекомендаций по выбору рациональных параметров виброзащитных систем, совершенствованию конструкций элементов силовых передач исследуемых колёсных и гусеничных машин.

8. Апробация результатов исследования на научных конференциях и семинарах.

9. Подготовка публикаций по содержанию диссертации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин путём вариации модальных свойств»

Структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов работы и выводов по работе, списка литературы из 137 наименований. Работа содержит 371 страницу машинописного текста, включая 195 рисунков, 43 таблицы.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ПОДХОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ

1.1 Основные тенденции развития конструкции силовых передач перспективных транспортных машин

Силовые передачи перспективных транспортных машин характеризуются высокой динамической нагруженностью на установившихся и переходных процессах. Вопросам оценки динамической нагруженности силовых передач транспортных машин посвящены многие работы МГТУ им. Н.Э. Баумана [1; 2], ОАО «ВНИИТМ» [3; 4; 5], БПИ [6], ОИМ НАН Беларуси [7; 8] и многих зарубежных специалистов. Однако при росте удельных мощностных показателей силовых блоков перспективных транспортных машин, широком применении ме-хатронных систем управления двигателем и трансмиссией при одновременном росте показателей скоростных режимов, возникают новые, ранее неисследованные динамические явления, проявляющиеся, в частности, при возникновении так называемых «конфликтов задач» [9; 10], являющихся следствием несогласованности (по отдельным параметрам) работы систем управления двигателя, трансмиссии и др. За время развития конструкций транспортных машин особое внимание уделялось выбору типа трансмиссий. Наибольшее распространение в течение последнего столетия получили механические трансмиссии: вальные и планетарные. В последние годы создаются многоступенчатые вально-планетарные коробки передач для перевозки грузов на большие расстояния по дорогам с покрытием. Совершенствование параметров тягово-динамической характеристики достигается при использовании гидромеханических трансмиссий (гидродинамических передач), нашедших применение для машин, эксплуатируемых в особо трудных условиях -тягачи Минского и Курганского заводов колёсных тягачей, а также боевых машинах зенитчиков, пехоты и их модификаций. Перспективным направлением кон-

струкций является создание гибридных (электромеханических) трансмиссий. В частности, специалистами ВНИИТМ [11; 12] показана эффективность создания трансмиссии такого типа для быстроходной гусеничной машины. В рамках государственных программ при проектировании автомобилей представительского класса также разрабатываются гибридные трансмиссии, включающие 9-ступенчатую планетарную коробку передач. Процесс динамического нагружения вышеприведённых типов конструкций является предметом исследования в данной работе.

1.2 Анализ характерных повреждений деталей силовых передач транспортных машин. Основные источники формирования повышенной динамической и виброакустической нагруженности перспективных силовых передач

транспортных машин

Динамическая нагруженность силовых передач определяется воздействием значительных по величине знакопеременных моментов, возникающих при переходных процессах пуска двигателя и заглохания; разгона и торможения машины; переключении передач, блокировке гидротрансформатора и др. Например, создание перспективных вально-планетарных автоматических коробок передач (АКП) с инерционным демультипликатором на выходе в отдельных случаях приводит к повышенной динамической нагруженности при переключении передач.

Кроме того, весьма велика вероятность возникновения опасных резонансных явлений под влиянием воздействий небольшой амплитуды, с частотой, совпадающей с одной из собственных частот динамической системы. Анализ эксплуатационной надёжности силовых передач показывает, что основными элементами, ограничивающими их долговечность являются фрикционные устройства, зубчатые колеса, подшипники и уплотнения, а также валы. Надёжность дополнительных приводов определяется их назначением и особенностями функционирования. В частности, приводы водомётных движителей амфибийных гусеничных машин (АГМ) ограничиваются особенностями функционирования в условиях параметрических резонансов [13].

Сравнительный анализ отказов механических трансмиссий серийных машин

[14; 15] показал, что 31 % отказов трансмиссий обусловлен фрикционными устройствами; 28 % - гидросистемой управления и смазки; 12 % - зубчатыми передачами; 10 % - уплотнениями; 7 % - подшипниками; 6 % - маслом; 4 % - приводами управления; 2 % - валами и осями. Последнее значение относится к механическим трансмиссиям, у которых резонансные режимы, возбуждаемые двигателем, выведены за пределы рабочего диапазона. Однако при проектировании машин с гидромеханической трансмиссией (ГМТ) долговечность валов ограничена. Необходимость прогнозирования резонансных режимов и решения обратной задачи возникает не только при разработке новых машин, но и при модернизации существующих. Например, при оснащении грузовых автомобилей с колёсной формулой 6^6, 8^8 и гусеничной машины МЛ-107 опытной гидромеханической трансмиссией существенно возрастает момент инерции ведущих частей трансмиссии, определяемый параметрами массивного насосного колеса гидротрансформатора. Это приводит к существенному снижению собственных частот системы с серийным гасителем. На определённом скоростном диапазоне двигателя возникают резонансные режимы, ограничивающие долговечность входного вала трансмиссии. Традиционные меры повышения его прочности приводят к усталостному разрушению коленчатого вала двигателя.

Фрикционные устройства являются одними из наиболее нагруженных устройств трансмиссий: в частности, число их включений на 1000 км пробега достигает 12500, а за одно включение время буксования может составлять 3,25 с, удельная работа трения - 715,3 Дж/см2, приращение температуры на поверхности трения - 150 °С. Нагруженность фрикционных устройств существенно зависит от условий эксплуатации. Различия в условиях эксплуатации гусеничных машин с одинаковыми трансмиссиями приводят к тому, что ресурс фрикционных устройств этих трансмиссий отличается в несколько раз [15].

Наиболее характерные виды отказов фрикционных устройств, работающих в масле: повышенный износ, коробление, усадка, разрушение стальной основы и спекание дисков трения. Стальная основа дисков трения разрушается либо от термонапряжений, обусловливаемых неравномерным нагревом рабочих поверхностей дисков [16], либо от действия на зубья высокочастотных динамических нагрузок виброударного характера, возникающих в зацеплении дисков с барабаном

из-за крутильных колебаний, возбуждаемых поршневым двигателем [15]. Данный вид разрушения обусловливается особенностью определённых схем трансмиссий и не является общим случаем повреждения дисков трения трансмиссий. Износ свыше допустимых пределов приводит к дестабилизации параметров буксования, повышению термических напряжений и, в конечном итоге, к разрушению диска.

Примеры характерных разрушений различных элементов конструкции силовых передач трансмиссий транспортных машин приведены на рисунках 1.1 и 1.2.

а, б, г - приводные валы, в - элементы управления, д - гаситель крутильных колебаний; е, и - корпусные элементы; ж, з - шестерни редукторов Рисунок 1.1 - Характерные выходы из строя элементов трансмиссий вследствие

динамического нагружения

а, г - Ford Explorer; б, и - ZF8HP90; в - БГМ; д - зарождение трещины; е - Allison; ж - КЗКТ-7428, МАЗ-537; з - перспективная БГМ; к - БелАЗ-7555;

л - грузовой автомобиль с опытной ГМТ Рисунок 1.2 - Разрушение фрикционных элементов управления вследствие

динамического нагружения

Как указано выше, валы и оси механических трансмиссий разрушаются сравнительно редко. Однако вероятность разрушения этих деталей в ГМТ существенно возрастает. По данным отделов надёжности предприятий отрасли, имеют место многочисленные факты выхода из строя элементов дотрансформаторной зоны различных машин транспортного и тягового класса (ЧТЗ - ДЭТ-250, ЧебТЗ - разрушение карданных валов трактора ЧбТ-444, разрушение элементов дотрансформаторной зоны силовой передачи ГМ-569) [14; 15].

В частности, по данным специалистов по надёжности АО «СКБМ» (г. Курган) на опытных образцах изделия ТМ-120 отмечались многочисленные факты разрушения карданных валов ТМ-120-2203010 в дотрансформаторной зоне при пробеге менее 2000 км при установленном гарантийном ресурсе 30000 км. Кроме того, фиксировались регулярные отвинчивания болтов крепления фланцев карданов, разрушения подшипников крестовин карданов, преждевременный выход из строя зубчатых и шлицевых соединений раздающего и согласующего редукторов ГМТ (привод вентилятора ТМ-120, шлицы соединительного торсионного вала МЛ-107), разрушение элементов конструкции гасителя колебаний Э-236Н-4200006. Схожие выходы из строя происходят в дотрансформаторной зоне трансмиссии тягачей КЗКТ-7428 [14; 15; 64].

Рассмотренные выше характерные виды разрушений и краткий анализ вызывающих их процессов, являются, как правило, следствием низкочастотных колебаний. Другим видом опасных колебательных процессов являются упругие волны, распространяющиеся по элементам конструкции силовых передач (прежде всего трансмиссии), реализующиеся в виде вибраций в звуковом диапазоне частот и приводящие к возникновению звуковых волн в окружающей среде - акустическому излучению. Разделение волновых процессов на звуковую вибрацию и звуковые волны вводят для того, чтобы различать среды, в которых распространяются упругие волны [1].

В настоящее время особое внимание уделяется виброакустическому поведению агрегатов транспортных машин, что является ключевым фактором при оценке качества потребителями не только автомобилей представительского класса, но

и транспортных средств общего и специального назначения, различных видов сельскохозяйственной техники и дорожно-строительных машин. Для обеспечения оптимального виброакустического поведения трансмиссии транспортной машины важно сосредоточиться на шуме и вибрации на стадии разработки её конструкции. Конкретные целевые показатели - например, собственные частоты, уровень вибрации и шумовое излучение должны быть определены на начальных этапах проектирования изделия и непрерывно проверяться на протяжении всего процесса разработки. Использование методов виртуального прогнозирования, ориентированных на виброакустическое поведение систем транспортной машины, формируемого, в частности, трансмиссионной установкой, является предпосылкой для эффективного использования затрат и времени, позволяющей избежать необходимости устранения виброакустических проблем в процессе интеграции трансмиссии в машину [17].

В зависимости от характера физических процессов, следствием которых является образование виброакустического излучения (шума), различают источники механического, аэродинамического, гидродинамического и электромагнитного происхождения [1]. В данной работе источники аэродинамического происхождения не рассматриваются.

К источникам гидродинамического шума относятся гидродинамические передачи, жидкостные насосы, элементы системы подачи топлива и т. д. Кроме перечисленных выше причин возникновения гидродинамического шума, характерных для гидромашин, его источниками также являются последствия кавитационных процессов в жидкостях.

Источниками электромагнитного шума являются генератор, электродвигатель, стартер. Шум от электрических машин образуется при вибрации статора и ротора под действием магнитных сил в воздушном зазоре. Уровни шума этих источников зависят от режима работы агрегатов и их конструктивных особенностей.

Анализ приведённых выше примеров разрушения деталей, источников возмущений, приводящих к высокой динамической и виброакустической нагружен-ности, позволяет сделать заключение о том, что независимо от частотного диапа-

зона рассматриваемых колебаний все перечисленные выше процессы имеют единую физическую природу и могут быть классифицированы в следующем порядке:

- низкочастотный гул (booming) - вызван вибрациями опорных кронштейнов ДВС и газодинамикой системы выпуска;

- урчание мотора (rumbling) - вызвано усилением неуравновешенных и газовых сил двигателя собственными частотами агрегата в сборе и колебаниями коленчатого вала (октава с центром в 250 Гц);

- жужжание мотора (whirring) - вызвано усилением неуравновешенных сил собственными частотами коленчатого вала и кривошипно-шатунным механизмом (октава с центром в 500 Гц);

- вой зубчатых зацеплений (gear whine) - вызван передачей динамических нагрузок в эвольвентных зацеплениях вследствие динамической погрешности через опорные подшипники на корпусные детали. Проявляется при средних и высоких нагрузках. Уровень виброакустического излучения (шума) напрямую зависит от значения динамической погрешности (transmission error). Звук шестерён (вой) слышен при средних и высоких нагрузках. Вклад обычно увеличивается с нагрузкой, что вызвано дополнительной деформацией в зубчатом зацеплении;

- горение (combustion) - широкополосный шум, вызванный нагрузками от сгорания топлива в цилиндрах;

- дребезг (rattle) - широкополосный шум, вызванный возбуждением неравномерностью работы двигателя элементов сцепления или коробки передач вследствие выбора зазоров в зацеплениях (зубчатых, шлицевых);

- стук (clonk) - удар в трансмиссии из-за свободного хода при изменении (перекладке) нагрузки. Возникает из-за релаксации приводных валов после событий синхронизации или переключения, например, из N в R;

- широкополосный свист (whistle, hybridisation) - вызывается динамическими нагрузками, возникающими при высоких скоростях вращения двигателя внутреннего сгорания или приводной электромашины.

Отличие колебательных процессов в данной классификации заключается в различной степени детализации рассматриваемых динамических систем, выражающейся, прежде всего в количестве инерционных масс. Если решение задачи исключения дребезга в зубчатых зацеплениях (rattle), стука (с1опк) и гула (booming) предполагает построение дискретных (так называемых multybody) моделей, то решение задачи ограничения «воя» зубчатых передач и шума от электромашин (gear whine, whistle и hybridisation) предполагает проведение исследований по конечно-элементным моделям. Решение последней задачи, в свою очередь, требует использования специализированных пакетов программ по моделированию процессов газо-, гидро- и электродинамики.

1.3 Анализ результатов исследований, посвящённых вопросам прогнозирования и снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач

транспортных машин

Для оценки динамической нагруженности механической системы, формируемой колебательными процессами, составляется дифференциальное уравнение, выражающее баланс между внешними силами, силами инерции, трения и упругости. Большинство рассматриваемых систем являются многомассовыми (дискретная модель), либо состоят из «бесконечного» количества масс (конечно-элементная модель), жёсткостей и демпфирования. В матричной терминологии эти уравнения записываются в виде:

[М](Х}+[ С](х}+[К](х} = (/}, (1.1)

где [ М] - матрица масс;

[ С] - матрица демпфирования;

[К] - матрица жёсткости;

( } - вектор внешних сил;

{х} - вектор реакций (перемещений).

Применительно к трансмиссиям транспортных машин данный подход нашел свое развитие в работах А. С. Антонова [18], В. Л. Вейца и А. Е. Кочуры [19; 20], Г. С. Белоутова [4], А. Н. Гришкевича [6], И. С. Цитовича [20; 21], В. Б. Альгина [8; 9], М. Д. Генкина [22; 23] и др. и был положен в основу отраслевых стандартов и методик. В работах В. Б. Альгина, для формализованного описания таких систем предложен способ формирования их универсальных математических моделей, не зависящих от состояний устройств, и содержащих не только дифференциальные, но и алгебраические и логические уравнения. Описан метод определения внутренних моментов в «жёстких» устройствах в процессе решения дифференциальных уравнений динамики. На этой основе предложен формальный подход к построению компьютерных моделей для исследования динамики транспортных машин, в том числе моделей для сложных переходных режимов, сопровождающихся изменениями структуры механической системы машины, обоснована применимость различных пакетов специализированного программного обеспечения для решения конкретных типовых задач. Результаты этих исследований учтены при разработке предлагаемого расчётно-экспериментального метода.

Следует отметить, что методы прогнозирования и снижения динамической нагруженности силовых передач при низкочастотных процессах (менее 200 Гц) известны и достаточно разработаны. Однако в современных трансмиссиях, модернизируемых и вновь разрабатываемых, возникают малоизученные динамические явления, такие как параметрические, суб- и супергармонические колебания, «биения» и др., вызванные нелинейностью упруго-инерционных характеристик сложных мехатронных систем [7; 24; 25; 26; 27; 28].

Особую сложность при оценке динамической нагруженности вызывает необходимость учёта последствий малоизученных волновых процессов в дисках фрикционов управления переключением передач, приводящих к возбуждению ре-зонансов на установившихся режимах и при переходных процессах в силовой передаче. При проектировании трансмиссии перспективных транспортных машин широко применяются компактные планетарные передачи. Управление переключением передач в такой трансмиссии осуществляется многодисковыми фрикцио-

нами. Такое решение реализовано в конструкциях трансмиссий мировых лидеров «Alison», ZF и многих других [29]. При реализации потенциала бортовой информационно управляющей системы (БИУС) современных и перспективных машин представляется возможным обеспечить оптимальное управление фрикционами с учётом результатов мониторинга технического состояния элементов и требуемых режимов движения. Методики проектного расчёта предусматривают выполнение условий прочности, ограничения приращения температуры, износа, коробления и др. Однако известные методы проектного расчёта не учитывают динамическую нагруженность, формируемую неучитываемыми особенностями процесса функционирования, а также возбуждением резонансных режимов. Анализ характерных повреждений дисков опытных образцов трансмиссий, а также серийных конструкций показывает, что наряду с известными видами разрушений дисков наблюдаются и малоизученные. В частности, происходит локальный перегрев на фрикционных накладках. При этом на поверхностях сопрягаемых дисков происходит выгорание адгезионных слоёв и их разрушение. Это явление называется термоупругой неустойчивостью при изгибных резонансных колебаниях [30-34]. В других случаях происходят пластические деформации боковых поверхностей деталей, сопрягаемых с ними (барабанов), что приводит к нарушению подвижности в осевом направлении, к неполному включению/выключению, и, соответственно, к дополнительному нагреву дисков [35]. Кроме того, различные особенности условий функционирования элементов конструкции трансмиссии (например, системы управления) на различных режимах работы могут усугублять вышеописанные процессы, а также приводить к другим неисследованным явлениям, ограничивающим работоспособность конструкции. В частности, нарушение баланса давлений приводит к нарушению закона изменения давления в бустере фрикциона и существенной вариацией длительности процесса переключения и росту динамической нагруженности или работы буксования.

Анализ результатов экспериментов и литературных данных показал, что одной из причин ограниченного ресурса дисков может являться их работа на «нерасчётных режимах». Причиной возникновения таких режимов может являться

неуравновешенность давления в компенсационной камере бустера фрикциона [36; 37; 38]. Дисбаланс давлений в камерах гидроцилиндра приводит к нарушению расчётного закона изменения давления и существенной вариации длительности процесса переключения и, как следствие, росту динамической нагруженности при самопроизвольном нерасчётном быстром включении фрикциона [39] или повышению работы буксования и перегреву дисков при нерасчётном медленном включении фрикциона [40; 41]. При этом приводы, осуществляющие замыкание фрикционных муфт, располагаются в одном из соединяемых вращающихся звеньев, что приводит к возникновению «паразитного» центробежного давления, которое может приводить к самовключению элемента управления, осложнению опорожнения гидроцилиндра и отведению поршня от пакета дисков, пережатию фрикционных накладок на дисках и др. Существуют конструктивные решения, которые направлены на обеспечение чистоты работы муфт. Так, известны гидравлические клапаны опорожнения [42], открывающиеся при сбросе управляющего давления. Однако наибольшее распространение получили компенсационные камеры, создающие постоянно действующее на поршень усилие, равное центробежной добавке давления масла в гидроцилиндре [43]. Таким образом, дальнейшее изучение закономерностей формирования динамической нагруженности элементов конструкции фрикционных устройств трансмиссий по-прежнему является важной задачей.

Многие отечественные и зарубежные исследователи, изучающие вопросы динамической нагруженности силовых передач автомобиля отмечают в своих работах, что методы гашения высокочастотных составляющих динамического момента достаточно проработаны. Гашение высокочастотных колебаний достигается введением демпфирующих элементов, синтезом низкочастотных фильтров колебаний [44; 45], установкой динамических маятниковых антивибраторов [47-53] и т.д. В то же время способы снижения низкочастотных колебаний (менее 8-10 Гц), имеющих определяющее значение при оценке динамической нагруженности трансмиссии, комфортабельности автомобиля при трогании с места, переключении передач, функционировании системы «старт - стоп» разработаны в меньшей степени.

Обычно, при оптимизации законов управления переключением передач, ре-

шается задача минимизации работы буксования, ограничения динамических моментов, длительности процесса и др. Однако после окончания буксования изменяется структура динамической системы и возбуждается так называемый эффект «Бонанца», характеризующийся внезапным изменением нагрузки и скачком крутящего момента двигателя [9]. В частности, многими исследователями [54; 55] при оценке динамической нагруженности автомобиля установлено, что на переходных процессах трогания с места и переключениях передач наблюдаются низкочастотные крутильные колебания в трансмиссии, соответствующие первой од-ноузловой собственной форме. Мощность этих колебаний достаточна для возбуждения продольных колебаний кузова автомобиля (амплитуды достигают знаЛ

чений 2-4 м/с ). При этом формируется не только высокая динамическая нагру-женность элементов трансмиссии, но и снижается уровень комфортабельности, что неприемлемо для автомобилей представительского класса. Пассажиры воспринимают возникающие колебания как неприятные периодические изменения ускорения (рисунок 1.3, кривая а). Уменьшение этих изменений ускорения/замедления (кривая Ь) достигается активным демпфированием рывков трансмиссии. Это осуществляется двумя способами:

- при внезапных изменениях заданного водителем крутящего момента колебания трансмиссии уменьшаются с помощью точно определённой фильтрующей функции (создание низкочастотного фильтра для данного диапазона частот, как правило, нереализуемо);

- колебания трансмиссии выявляются по сигналу колебаний частоты вращения коленчатого вала и демпфируются активным регулированием. Оно сокращает величину подачи топлива при увеличении частоты вращения и увеличивает её при снижении частоты вращения, чтобы противодействовать возникающим колебаниям.

а - без активного демпфирования рывков; Ь - при помощи активного демпфирования рывков; 1 - функция фильтра; 2 - активная коррекция Рисунок 1.3 - Иллюстрация активного демпфирования рывков трансмиссии

Таким образом, эти методы сводятся к регулированию цикловой подачи топлива с одновременным управлением давлением рабочей жидкости в исполнительных цилиндрах фрикционных элементов [9; 56]. Однако во многих случаях подобные решения не обеспечивают требуемого качества динамических процессов, которые возникают после замыкания фрикционных элементов включаемой передачи (после формирования новой структуры динамической системы). Это приводит к снижению эксплуатационных свойств автомобиля. Поэтому проблема научного обоснования и разработки новых алгоритмов управления переходными процессами в энергосиловом блоке автомобиля после замыкания фрикционных элементов включаемой передачи является также актуальной.

Трансмиссии перспективных машин конструктивно сложнее. Например, в трансмиссии гусеничных машин число передач возросло до шести, а в автомобилях - до девяти, что реализуется увеличением числа степеней свободы с соответствующим усложнением систем управления. Помимо этого, в трансмиссиях перспективных быстроходных гусеничных машин с насосным колесом гидротрансформатора соединено большое количество мощных приводов - системы управления поворотом, водомётным движителем, охлаждения, смазки и ряд других, что порождает новые закономерности, приводящие к повышению динамической нагруженности в процессе работы силовой передачи в целом и отдельных её элементов, оснащённых собственными системами управления (ДВС, электромашина, трансмиссия и др.). В транспортных машинах предыдущего поколения, оснащённых двигателями с всережимными регуляторами, механическими и гидромеханическими трансмиссиями подобные явления не наблюдались. В частности, на машинах предыдущего поколения при пуске двигателя проход через резонансную зону обеспечивался простым увеличением цикловой подачи топлива [4; 57]. На современных турбированных двигателях во многих случаях данное решение неприемлемо [9; 10; 58; 59; 60]. Таким образом, для снижения динамической нагру-женности в случаях конфликта систем управления различных агрегатов (ДВС, трансмиссия, вспомогательные системы) необходимо учитывать особенности работы каждой из них и разрабатывать новые алгоритмы управления [61; 62].

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Тараторкин Александр Игоревич, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Проектирование полноприводных колесных машин: учебник для вузов : в 3 т. Т. 1 / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Г.И. Гладов и др.; под ред. А.А. Полунгяна. - Москва: Изд-во МГТУ им. Г. Э. Баумана, 2008. -496 с.: ил.

2 Проектирование полноприводных колесных машин: учебник для вузов : в 3 т. Т. 2 / Б.А. Афанасьев, Л.Ф. Жеглов, В.Н. Зузов и др.; под ред. А.А. Полунгяна. - Москва: Изд-во МГТУ им. Г.Э. Баумана, 2008. -528 с.: ил.

3 Трансмиссии военных гусеничных машин. Методы расчета на долговечность: ОСТ ВЗ-5971-85. - Москва: Изд-во стандартов, 1985. - 49 с.: ил.

4 Белоутов Г.С. Комбинированный метод расчета переходных процессов в трансмиссиях / Г.С. Белоутов, Э.С. Клочков // Вопросы оборонной техники. Сер. 6. - 1984. - Вып. 1 (113). - С. 45-48.

5 Жучков М. Г. Расчет долговечности трансмиссий военных гусеничных машин / М.Г. Жучков, Р.Н. Корольков, О.С. Петров ; под ред. П.П. Исакова. - Москва: ЦНИИ информации, 1987. - 372 с., ил.

6 Гришкевич А.И. Проектирование трансмиссий автомобилей: справочник / под общ. ред. А.И. Гришкевича. - Москва: Машиностроение, 1984. -272 с., ил.

7 Схематизация и динамический расчет мобильной машины. Системы с переменной структурой / В.Б. Альгин, О.В. Дробышевская, В.М. Сорочан, А.А. Успенский // Механика мобильных машин. - Минск, 2008. -С. 16-24.

8 Algin V.B. Dynamics of Multimass Systems of Machines with Changing States of Friction Components and Directions of Power Flows. Mechanics of ma-

chines, mechanisms and materials. 2014. no. 4 (29). pp. 21-32. (in Russ.)

9 Система управления бензиновыми двигателями / пер. с нем. - Первое русское издание. - Москва: ЗАО «Книжное издательство «За рулём», 2004. - 480 с.: ил.

10 Система управления дизельными двигателями / пер. с нем. - Первое русское издание. - Москва: ООО «Книжное издательство «За рулём», 2005. -432 с.: ил.

11 Степанов В.В. Перспективы и проблемы использования электрической энергии в гусеничных машинах / В.В. Степанов, Д.В. Куртц, А.В. Лойко // Актуальные проблемы защиты и безопасности: труды XXII Всероссийской научно-практической конференции РАРАН. - 2019. - С. 44.

12 Электромеханическая трансмиссия для военной гусеничной машины с гибридной силовой установкой / О.А. Усов, М.Н. Гусев, А.В. Лойко,

A.С. Макаров // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. - 2015. - № 2 (219). -С. 167-174.

13 Устойчивость разветвленной механической системы привода водометного движителя амфибийных машин / И.А. Тараторкин, С.В. Абдулов,

B.Б. Держанский, А.И. Тараторкин // Актуальные проблемы защиты и безопасности: труды XVIII Всероссийской научно-практической конференции РАРАН (1-4 апреля 2015 г.). - Москва: Издание ФБГУ «Российской академии ракетных и артиллерийских наук». - 2015. - С. 158-165.

14 Тараторкин И.А. Разработка расчётных и экспериментальных методов снижения динамической нагруженности и повышения долговечности гидромеханических трансмиссий транспортных машин: спец. 05.05.03: дис. ... д-ра техн. наук / И.А. Тараторкин. - Курган, 2009. - 302 с. : ил.

15 Тараторкин А.И. Снижение динамической нагруженности фрикционных элементов управления трансмиссией транспортных машин методом исключения параметрических колебаний: спец. 05.05.03: дис. ... канд. техн.

наук / А.И. Тараторкин. - Москва, 2015. - 228 с. : ил.

16 Biao Ma, Likun Yang, Heyan Li and Nan Lan. Hot judder behavior in multi-disc clutches / Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part J Journal of Engineering Tribology 1994-1996 (vols 208-210) ■ May 2016 DOI: 10.1177/1350650116648069 pij.sagepub.com.

17 Управление акустическим излучением трансмиссии посредством корректировки модальных показателей ее картера / И.А. Тараторкин, Г.А. Ани-щенко, В.Б. Держанский [и др.] // Актуальные вопросы машиноведения. -2018. - Т. 7. - С. 36-39.

18 Антонов А.С. Силовые передачи транспортных машин. Динамика и расчёт / А.С. Антонов. - Изд. 2-е перераб. и доп. - Ленинград: Машиностроение, 1975. - 480 с.

19 Вейц В.Л. Силовые передачи транспортных машин. Динамика и расчет / В.Л. Вейц, А.Е. Кочура. - Ленинград: Машиностроение, 1982. - 253 с.

20 Динамика трансмиссии автомобиля и трактора / И.С. Цитович, В.Б. Аль-гин, В.Я. Павловский, С.Н. Поддубко; под ред. И.С. Цитовича; АН БССР, Ин-т пробл. надежности и долговечности машин. - Минск: Наука и техника, 1986. - 214 с.

21 Цитович И.С. Надежность трансмиссий автомобилей и тракторов / И.С. Цитович, Б.Е. Митин, В.А. Дзюнь. - Минск: Наука и техника, 1985. -140, [3] c.

22 Генкин М.Д. Методы управляемой виброзащиты машин / М.Д. Генкин. -Москва: Наука, 1985. - 240 с., ил.

23 Генкин М.Д. Упруго-инерционные виброизолирующие системы. Предельные возможности, оптимальные структуры / М.Д. Генкин. - Москва: Наука, 1988. - 192 с., ил.

24 Фролов К.В. Вибрации в технике: в 6 т. Т. 6 / К.В. Фролов; под общ. ред. К.В. Фролова. - Москва : Машиностроение, 1995. - 456 с., ил.

25 Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные пробле-

мы машиностроения / К.В. Фролов. - Москва: Машиностроение, 1984. -224 с.

26 Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле / С.П. Тимошенко, Д.Х. Янг, У. Уивер. - Москва: Машиностроение, 1985. - 435 с.

27 Ушенин А.С. Повышение долговечности согласующего редуктора гидромеханической трансмиссии специального колесного шасси / А.С. Ушенин, В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин // Транспорт Урала. -2013. - № 2 (37). - С. 77-81.

28 Ушенин А.С. Расчетно-экспериментальный метод повышения надежности элементов гидромеханической трансмиссии специального колёсного шасси на основе отстройки параметрических субгармонических резонансов: спуц. 05.05.03: дис. ... канд. техн. наук / А.С. Ушенин. - Курган, 2013. -125 с. : ил.

29 Krasnevsky L.G. Background and Prospects of Development of Automatic Transmissions of Mobile Vehicles / Krasnevsky L.G. // Topical issues of engineering science: Edited volume. OIM NAN of Belarus, Minsk - 2012, Edition. 1 - pp. 108-114.

30 Derzhansky V. B., Taratorkin I. A. Forecasting of dynamic loading of hydro-mechanical transmissions of transport vehicles. - Yekaterinburg: UrB Russian Academy of Sciences, P. 176, 2010. 4. Platonov V.F. Dynamics and reliability of the caterpillar drive. - M: Mechanical engineering, Р. 232, 1973.

31 Michael Nosonovsky, Vahid Mortazavi Friction-Indused Vibrations and Self-Organization: Mechanics and Non-Equilibrium Thermodynamics of Sliding Contact / Publisher: CRC Press, DOI: 10.1201/b15470-9, 2013/01/01.

32 Barbe J.R. 1969 Thermoelastic instabilities in the sliding of conforming solids, Proc. R. Soc. Lond. Vol. A312, 381-394.

33 Lee K. & Dinwiddie R.B. 1998 Conditions of frictional contact in disk brakes and their effects on brake judder, SAE 980598.

34 Yeo T. & Barber J.R. 1996 Finite element analysis of the stability of static

thermoelastic contact, J.Thermal Stresses, Vol. 19, 169-184.

35 P. Zagrodzki, K.B.Lam, E.Al-Bahkali and J.R. Barber, Nonlinear transient behavior of a sliding system with frictionally excited thermoelastic instability, ASME J. Tribology, Vol. 123 (2001), pp. 699-708.

36 Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач / В.П. Тарасик; под ред. М П. Бренча. - Минск: Наука и техника, 1973. - 320 с.

37 Зельцерман И.М. Фрикционные муфты и тормоза гусеничных машин / И.М. Зельцерман, Д.М. Каминский, А.Д. Онопко. - Москва: Машиностроение, 1965. - 240 с.

38 Гапоян Д.Т. Фрикционы автоматических коробок передач / Д.Т. Гапоян. -Москва: Машиностроение, 1966. - 167 с.

39 Goetz M. «Integrated Powertrain Control for Twin Clutch Transmissions» Ph.D. thesis, Mechanical Engineering, University of Leeds, 2005. - 310 p.

40 Naunheimer H., Bertsche B., Ryborz J., Novak W. in collaboration with Peter Fietkau Automotive transmissions: Fundamentals, Selection, Design and Application. Second edition. Springer, 2011. - 717 p.

41 Design Practices. Passenger car automatic transmissions. Fourth edition. SAE International, 2012. - 768 p.

42 Косов В.П. Проектирование гидромеханических передач транспортных машин. Часть I / В.П. Косов. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 1997.

43 Харитонов С.А. Автоматические коробки передач / под ред. С.А. Харитонова. - Москва: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ, 2003. - 335 с.

44 Reik W., Albers A., Schnurr M. u.a.: Torque Control Isolation (TCI) The Smart Clutch. LuK-Symposium 1990.

45 Albers A. Das Zweimassenschwungrad der dritten Generation - Optimierung der Komforteigenschaften von PKW-Antriebsstrangen. Antriebstechnisches

Kolloquium '91, Verlag TÜV-Rheinland, 1991.

46 Taratorkin A. Dynamic Loading Reduction of Multiplate Clutches Lined Plates of the Vehicle Powertrain / Taratorkin A. [et. al.] // SAE Technical Papers. SAE, 2014. №2014-01-2332. P. 1 - 5.

47 Тараторкин А.И. Снижение динамической нагруженности фрикционов гидромеханических трансмиссий транспортных машин / А.И. Тараторкин // Труды НАМИ: сб. науч. ст. - Москва: Наука, 2015. - Вып. 260. -С. 178-189.

48 Albers A. Simultaneous Engineering an einem Beispiel aus der KFZ-Zulieferindustrie. Führungskräfte-Treffen '93 des VDI-EKV Verein deutscher Ingerieure, Düsseldorf 1993.

49 Fidlin A., Seebacher R. DMF Simulati on Techniques. 8th LuK Symposium, 2006.

50 Reik W., Fidlin, A., Seebacher R. Good Vibrati ons - Bad Vibrati ons, VDI Conference Vibrations in Drives, 2009.

51 Kooy A., Gillmann A., Jäckel J., Bosse M. DMF - Nothing New? 7th LuK Symposium, 2002.

52 Kroll J., Kooy A., Seebacher R. Land in Sicht? Torsions schwingungsdдmp-fung zuknftige Motoren №9. Schaeffler Kolloqu. Schaeffler Technologies, Herzogenaurach, 2010.

53 Schneider M. et al.: The Clutch Comfort Portfolio: From a supplier's product to an equipment criterion. 10th Schaeffler Symposium, 2014.

54 Fischer R. The Automotive Transmission Book / Fischer R., Kü?ükay F., Jürgens, G., Najork R., Pollak B. // Springer International Publishing Switzerland, 2015; Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, 2015.

55 Fischer R. Powertrain: more than just the engine. 15. Int. AVL-Tagung Motor und Umwelt. AVL, Graz. 2003.

56 Jurgens G., Fischer R. Vergleich verschiedener Systeme zur Verringerung von

Triebstrangschwingungen. Abkoppeln von Drehschwingungen bei Kfz—und Industriegetrieben, vol 697. VDI-Berichte, Dusseldorf, p 233. 1988.

57 Beloutov G.S. Mathematical Model for Calculating the Dynamic Loads in the Input Transmission Elements During the Passage of the Resonance Zone at Engine Starting / G.S. Beloutov // Aktualnye problem zashchity I bezopasnosti: Trudy XVII Vserossijskoj nauchno prakticheskoj konferencii RARAN (1-4 aprelya 2014 g.). [Edition FBGU "Russian Academy of Missile and Artillery Sciences, Moscow], 2014, pp. 142-149. (in Russ.).

58 Institution of Mechanical Engineers. Fuel Systems for IC Engines, Imeche, London: Woodhead Publishing Limited, 2012. 306 p.

59 Van Basshuysen R., Schafer F. (eds.) Internal Combustion Engine Handbook: Basics, Components, Systems, and Perspectives. Part 1, SAE International, 2004. 852 р.

60 Современные подходы к созданию дизелей малотоннажных грузовиков / А.Д. Блинов, П.А. Голубев, Ю.Е. Драган [и др.] - Москва: НИЦ «Инженер», 2000. - 332 с.

61 Гашение колебаний в энергосиловом блоке при пуске современного двигателя / А.И. Тараторкин, С.В. Абдулов, В.Б. Держанский [и др.] // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». - 2018. - Т. 18. - № 2. - С. 5-14.

62 Alexander Taratorkin, Viktor Derzhanskii, Igor Taratorkin. Oscillation damping in the powertrain unit of transport vehicles // MATEC Web of Conferences. -2019. - Vol. 287. - 01021. - URL: https://doi.org/ 10.1051 /matecconf/ 201928701021.

63 Экспериментальное исследование динамической нагруженности гидромеханической трансмиссии колесного тягача / А.С. Ушенин, В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин [и др.] // Вестник Академии военных наук. -2012. - № 3 (40). - С. 36-43.

64 Ушенин А.С. Гашение субгармонических колебаний в гидромеханической трансмиссии / А.С. Ушенин, В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин // «Наука

и образование»: электронное научно-техническое издание. - 2013. - № 3. -С. 117.

65 Согласующий редуктор гидромеханической трансмиссии транспортной машины: № 122952 Рос. Федерация от 20.12.2012 / В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин, Ю.Н. Гизатуллин, С.А.Ушенин.

66 Способ определения приведенного момента инерции дотрансформатор-ной зоны гидромеханической трансмиссии транспортной машины: пат. Яи 2581891 от 20.02.2015 / В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин, А. И. Тараторкин Ю.Н. Гизатуллин.

67 Исследование динамической нагруженности гидромеханических трансмиссий транспортных машин. Разработка конструкции согласующего редуктора и системы управления блокировкой гидротрансформатора: отчёт по НИОКР. - Рег. № 01201263190 (контракт № 9874р/11397 от 11.01.2012).

68 Теоретическое и экспериментальное исследование динамической нагруженности трансмиссии многоосных колёсных шасси МАЗ-537, разработка опытного образца согласующего редуктора, унифицированного для применения с двигателями Д-12 и ЯМЗ-240НМ2 и опытного образца системы управления переключением передач и блокировкой гидротрансформатора гидромеханической трансмиссии МАЗ-537, экспериментальная оценка эффективности их применения: отчет по НИОКР. - Рег. № 01201464875 (контракт № 12438р/11397 от 09.01.2014).

69 Держанский В.Б. Управление переключением передач в трансмиссии с тремя степенями свободы / В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин, С.В. Абдулов // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - № 7. - С. 22-26.

70 Исследование динамики управляемого движения быстроходных гусеничных машин / В.Б. Держанский, К.С. Жебелев, И.А. Тараторкин [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. - 2008. - № 3 (72). -С. 86-99.

71 Держанский В.Б. Оптимизация управления фрикционными элементами гидромеханической трансмиссии транспортной машины / В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин // Известия Самарского НЦ РАН. - Т. 13. - № 4 (3), 2011. - С. 974-976.

72 Держанский В.Б. Повышение долговечности фрикционных элементов перспективных гидромеханических трансмиссий / В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин // Приводная техника. - 2008. - № 1 (71). - С. 16-22.

73 Степанов А.П. Проектирование амфибийных машин / А. П. Степанов. -Москва: Мегалион, 2007. - 420 с.

74 Справочник по теории корабля: в 3 т. Т.1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители / под ред. Я.И. Войткунского. - Ленинград: Судостроение, 1985. - 768 с.: ил.

75 Движители быстроходных судов / М.А. Мавлюдов, A.A. Русецкий, Ю.М. Садовников, Э.А. Фишер. - Ленинград: Судостроение, 1982. -280 с.

76 Папир А.Н. Водомётные движители малых судов / А.Н. Папир. - Ленинград: Судостроение, 1970. - 254 с.: ил.

77 Куликов С.В. Водомётные движители / С.В. Куликов, М.Ф. Храмкин. -Ленинград: Судостроение, 1980. - 312 с.

78 Carlton J. Marine Propellers and Propulsion (2nd Edition), Propulsion system, London, UK: Butterworth Heinemann. pp. 13-29. 2007.

79 Пантелеев В.Ф. Расчеты деталей машин: учеб. пособие / В.Ф. Пантелеев. -3-е изд., доп. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 164 с.

80 Устойчивость разветвленной механической системы привода водометного движителя амфибийных машин / С.В. Абдулов, В.Б. Держанский, А.И. Тараторкин, И.А. Тараторкин // Актуальные проблемы защиты и безопасности: труды XVIII Всерос. Науч.-практ. конф. РАРАН (1-4 апреля 2015 г.). - С. 158-165.

81 Исследование динамической нагруженности привода водометных движителей амфибийных гусеничных машин / П.Н. Ненашев, С.В. Абдулов,

В.Б. Держанский [и др.] // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». -2020. - Т. 2. - № 4. - С. 35-44.

82 Терских В.П. Расчёты крутильных колебаний силовых установок: справочное пособие: в 4 т. - Т. 1-3 / В.П. Терских. - Ленинград: Судпромгиз, 1953-1954.

83 Маслов Г.С. Расчёты колебаний валов / Г.С. Маслов. - Москва: Машиностроение, 1968. - 271 с.

84 Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний / Я.Г. Па-новко. - Москва: Машиностроение, 1967. - 316 с.

85 Карклэ П.Г. Модальные испытания летательных аппаратов и воспроизведение силовых воздействий / П.Г. Карклэ, В.И. Смыслов. - Москва: Техносфера, 2017.

86 Смыслов В.И. Средства наземных модальных испытаний летательных аппаратов / В.И. Смыслов, М.А. Пронин // Авиационная промышленность. -2018. - № 3-4. - С. 4-9.

87 Смыслов В.И. Средства наземных модальных испытаний / В.И. Смыслов, М.А. Пронин // Прочность конструкций летательных аппаратов: сборник статей научно-технической конференции «Прочность конструкций летательных аппаратов». - 2017. - С. 286-287.

88 Allemang R.J. Vibrations: experimental modal analysis, Structural Dynamics Research Laboratory, Department of Mechanical, Industrial and Nuclear Engineering, University of Cincinnati, UC-SDRL-CN-20-263-662 (1999).

89 Heylen W. & Lammens, Stefan, & Sas. Paul. Modal Analysis Theory and Testing. Belgium: Katholieke Universiteit Leuven. 1997.

90 Brincker R., Ventura C. Introduction to Operational Modal Analysis. Wiley, Chichester (2015).

91 Zhang L., & Brincker R. An Overview of Operational Modal Analysis: Major Development and Issues. In R. Brincker, & N. Moller (Eds.), Proceedings of the 1st International Operational Modal Analysis Conference, April 26-27, 2005,

Copenhagen, Denmark (pp. 179-190). Aalborg Universitet. 2005.

92 Ewins D. J. Modal Testing: Theory, Practice and Application. Second edition. England: Reseach Studies Press Ltd. ISBN 0-86380-218-4. 562 p. 2000.

93 Randal R., Frequency Analysis, Bruel & Kjar, 1987.

94 N, CADA Modal/Analysis User Manual, Chapter 5: Modal Model Validation, Rev.2.3, LMS-International, Leuven.

95 Juang J-N., Pappa R. An Eigensystem Realization Algorithm (ERA) for Modal Parameter Identification and Model Reduction, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol.8, No.5, Sept. 1985, p.620-627.

96 Brown D., Allemang R., Zimmerman R., Mergeay M. Parameter estimation techniques for modal analysis. SAE technical papers, no. 790221. Warrendale, PA, SAE International, 1979. 19 p.

97 Попов Е.П. Приближенные методы исследования нелинейных автоматических систем / Е.П. Попов, И.П. Пальтов. Москва: Физматгиз, 1960. -792 с.

98 Лихачёв Д.С. Особенности вибронагруженности и пути снижения крутильных колебаний в трансмиссии автомобиля с комбинированной энергоустановкой: спец. 05.05.03: дис. ... канд. техн.наук / Д.С. Лихачёв. -Москва, 2017. - 194 с.: ил.

99 Альгин В.Б. Схематизация и расчёт мобильной машины как многомассовой системы. Динамика машинного агрегата / В.Б. Альгин // Механика машин, механизмов и материалов. - 2013. - № 2. - С. 5-18.

100 Трансмиссии ВГМ. Метод расчёта стационарных крутильных колебаний, возбуждаемых двигателем внутреннего сгорания: ОСТ В3-5300-94 / ВНИИТрансмаш. - Ленинград, 1994.

Ильин М.М. Теория колебаний: учеб. для вузов / М.М. Ильин, К.С. Колесников, Ю.С. Саратов; под общ. ред. К.С. Колесникова. - 2-е изд., стереотип. - Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 272 с.: ил.

102 Singhose W. E., Crain and E. A., Seering W. P. Convolved and Simultaneous

Two-Mode Input Shapers. IEE Control Theory and Applications 11 515-520 (1997).

103 Лихачёв Д.С. Особенности динамической нагруженности трансмиссии транспортного средства с комбинированной энергоустановкой / Д.С. Лихачёв, И.А. Тараторкин, С.А. Харитонов // Труды НАМИ. - 2016. -№ 4 (267). - С. 22-31

104 Sorensen K. L. Operational performance enhancement of human operated flexible systems. Georgia Institute of Technology (2008).

105 Sorensen K. L., Singhose W. E., Dickerson S. Control Engineering Practice,^, p. 825-837 (2007).

106 Kuznetsov A. P., Markov A.V., Shmarlouski A. S., Gavrilik T. V. Shaping algorithms enabling to reduce vibration of control objects. p. 5-12 (2011).

107 Кротов И.А. Исключение резонансных режимов гидромеханической трансмиссии транспортной машины / И.А. Кротов, И.А. Тараторкин // Леса России и хозяйство в них. - 2012. - № 1-2 (42-43). - С. 58-60.

108 Jones S., Ulsoy A.G. Dynamic Systems, Measurement and Control,121, p. 242-247 (1999).

109 W. E. Singhose, L. J. Porter, T.D. Tuttle et al., Dynamic Systems, Measurement and Control.. 119, p. 320-326 (1997).

110 Fortgang J., Singhose W., Marquez J. et al. American Control Conf. Proceeding, p. 4531-4536 (2005).

111 Singhose W.E., Seering W.P., Singer N.C. Dynamic Systems, Measurement and Control,119, p. 198-205 (1997).

112 Taratorkin I. Improving the quality of transient response during automatic control of the turn of a tracked vehicle based on the implementation of structured input shapers / Igor Taratorkin, Victor Derzhanskii and Alexander Taratorkin. MATEC Web of Conferences 129, 06029 (2017) DOI: 10.1051/matecconf/2017129, 06029 ICMTMTE (2017).

113 Способ гашения низкочастотных колебаний в трансмиссии транспортной

машины : пат. RU 2735455C1 от 02.11.2020 г. / А.И. Тараторкин, В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин.

114 Ричард Л. Цифровая обработка сигналов / Л. Ричард; пер с англ. -2-е изд. - Москва: ООО «Бином-Пресс», 2007.

115 PowerGraph [User Guide]. - URL: http://www.powergraph.ru (in Russ.)

116 Izmailov D.Yu. [PowerGraph. Part 2- Carrying out measurements of PiCAD]. Moscow: Publ. MGU, 2008, No. 2, pp. 42-46. (in Russ.)

117 Белоутов Г.С. Математическая модель расчёта динамических нагрузок во входных элементах трансмиссии при проходе резонансной зоны в процессе запуска двигателя / Г.С. Белоутов, И.В. Быков // Актуальные проблемы защиты и безопасности: труды XVII Всерос. науч.-практ.конф. РАРАН (1-4 апреля 2014 г.). - Москва: Изд-во ФБГУ «Российская академия ракетных и артиллерийских наук», 2014. - С. 142-149.

118 Рынкевич С.А. Эффект дрейфа / С.А. Рынкевич // Вестник Белорусско-Российского университета. - 2013. - № 38. - С. 38-45.

119 Повышение долговечности стальной основы металлокерамических дисков трения / А.П. Крюков, М.Г. Жучков, В.А. Зайцев, Г.Б. Левит // Вестник бронетанковой академии. - 1966. - № 6. - С. 24-41.

120 Зайцев В.А. К вопросу защиты дисков трения от крутильных колебаний в танковых трансмиссиях / В.А. Зайцев, М.Г. Жучков // Вестник бронетанковой техники. - 1967. - № 6. - С. 1-7.

121 Жучков М.Г. Повышение усталостной прочности и долговечности дисков трения фрикционных узлов / М.Г. Жучков, Б.М. Сарычев // Вестник бронетанковой академии. - 1969. - № 2. - С. 38-40.

122 Зайцев В.А. Исследование динамической нагруженности от крутильных колебаний дисков трения фрикционных элементов трансмиссий гусеничных и колёсных машин: дис. ... канд. техн. наук / В.А. Зайцев. - Ленинград: Машиностроение, 1964. - 260 с.

123 KirtiDeo Mishra, Modeling, Control, and Adaption for Shift Quality Control of

Automatic Transmissions / KirtiDeo Mishra [et. al.]. SAE Technical Papers. SAE, №2019-01-1129, (2019).

124 Zongxuan SUN, Guomin G. Zhu Design and control of automotive propulsion systems, Taylor and Francis Group LLC, (2015).

125 Application of a fast-stabilizing frequency domain parameter estimation method / H. Auweraer van der, P. Guillaume, P. Verboven, S. Vanlandui // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control. - 2001. - Vol. 123, N 4. -P. 651-658.

126 Parameter estimation techniques for modal analysis / D. Brown, R. Allemang, R. Zimmerman, M. Mergeay. - Warrendale, PA: SAE International, 1979. - 19 p. - (SAE technical papers № 790221).

127 Hautsch N., Okhrin O., Ristig A. Efficient iterative maximum likelihood estimation of high parameterized time series models. - Berlin: Humboldt University, 2014. - 34 p. - (SFB 649 Discussion Paper; 2014-010).

128 A poly-reference implementation of the least-squares complex frequency-domain estimator / P. Guillaume, P. Verboven, S. Vanlanduit, H. Van der Auweraer, B. Peeters // Proceedings of IMAC 21, the International Modal Analysis Conference, Kissimmee (FL), USA, February 2003. - Kissimmee, FL, 2003. - P. 9.

129 AGMA 1012: Gear Nomenclature, Definition of Terms with Symbols, no. 2005.

130 Cai Y. Simulation on the rotational vibration of helical gears in consideration of the tooth separation phenomenon (a new stiffness function of helical involute tooth pair). Journal of Mechanical Design 117.3, pp. 460-469, 1995.

131 Cai Y., Hayashi T. The linear approximated equation of vibration of a pair of spur gears (theory and experiment). Journal of Mechanical Design116.2, pp. 558-564, 1994.

132 ISO 21771, Gears - Cylindrical Involute Gears and Gear Pairs - Concepts and Geometry, International Organization for Standardization, 2007.

133 Vedmar L. On the design of external involute helical gears, 1981.

134 Ziegler P., Eberhard P. Computer methods in applied mechanics and engineering, 2008, 0197(052): 4653~4662.

135 Umezawa K., Suzuki T. Vibration of Power Transmission Helical Gears (Approximate Equation of Tooth Stiffness).Bulletin of JSME, 1986, 29(251):1605-1611.

136 RunFang L., Zeguang T., Jiaoteng L., etc. Mechanical Transmission 2001, 25(2):1-3. InChinese.

137 Хейлен В. Модальный анализ: теория и испытания / В. Хейлен, С. Лам-менс, П. Сас. - Москва: ООО «Новатест», 2010. - 314 с.

УТВЕРЖДАЮ»

Исполнительный директор

и главный конструктор

АКТ о внедрении результатов диссертационной работы Тараторкина А.И.

«Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств»,

Настоящий акт составлен в том, что результаты теоретических и экспериментальных исследований, изложенные в диссертационной работе А.И. Тараторкина «Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств» использованы в процессе выполнения НИР и ОКР по темам «Курганец-25» и «Естественница», а также при выполнении работ по отдельным техническим заданиям, выдаваемым АО «СКБМ». Разработанные автором метод силового перераспределения управляющих воздействий с учетом идентификации начальных условий в сложных динамических системах; методика определения приведенных моментов инерции с учетом присоединенных масс жидкости в механо-гидравлических системах; метод верификации модальных моделей при прогнозировании и оптимизации динамической и виброакустической нагруженности силовых передач энергосиловых блоков колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств позволили на высоком научно-техническом уровне:

- выполнить анализ динамической нагруженности трансмиссий ДП6.400, ДП6.600, по результатам которого введены изменения в конструкцию гасителей крутильных колебаний;

- выполнить оценочные расчеты виброакустической нагруженности трансмиссии

представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

688-000.С6212.

Первый заместитель главного конструктора

А.М. Козлов

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Тараторкина А.И.

«Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности

силовых передач колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Комиссия в составе: председателя - главного конструктора, к.т.н., Чернышева Н.В. и членов - заместителя генерального директора, д.т.н. Нагайцева М.В., заместителя директора проекта, к.т.н. Иванайского В.А., составила настоящий акт о том, что полученные в диссертационной работе Тараторкина А.И. результаты теоретических и экспериментальных исследований использовались в ходе выполнения ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в рамках национального проекта Единая Модульная Платформа. Выполнение работ отражено в отчете о НИР «Разработка концепции планетарной трансмиссии переменной структуры с созданием эскизного проекта» (договор №1435/260-12 между ООО «КАТЕ» и ФГУП НАМИ) и в отчете по ОКР на разработку конструкции серийной девятиступенчатой автоматической коробки передач автомобилей семейства ЕМП и изготовление опытных образцов для стендовых испытаний, выполненной по договору № 2110.Р.Б.ОКР.1217.6023-2 от 30.07.2018 г. в рамках контракта на проведение комплекса опытно-конструкторских и

технологических работ № 21 Ю.Р.Б.ОКР.1217.6023 от 22.12.2017 г. между ООО «КАТЕ» и ФГУП НАМИ.

Председатель комиссии:

Иванайский В.А.

Нагайцев М.В.

«УТВЕРЖДАЮ»

КиИЙ УНивУО,

Ж

униве*

ГС

* О- х Г <Г V 5

1

:

До<=>'-

» Щ) ШьЩЫ Щ 'в

КМ

тор ФГБОУ ВО Курганский арствщшый университет,

Н.В. Дубив

2021 г.

■ ' ' 1

АКТ о внедрении результатов диссертационной работы Тараторкина А.И. «Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств», представленной на соискание ученой

степени доктора технических наук

Настоящий акт составлен о том, что результаты диссертационного исследования Тараторкин А.И. использовались в процессе НИР, выполняемой по заданию Минобрнауки РФ (проект № 2714 «Колебания, динамическая устойчивость и долговечность фрикционных дисков системы управления трансмиссий транспортных средств специального назначения», номер госрегистрации в ЕГИСУ НИОКР № 01201461775). Кроме того, результаты работы используются в учебном процессе подготовки инженеров по специальности 23.05.02 и аспирантов по специальности 05.05.03 «Колесные и гусеничные машины» в Курганском государственном университете. Предложенный подход, алгоритмы решения задач снижения динамической нагруженности используются в лекционной части дисциплин «Динамика машин», «Проектирование транспортных средств специального назначения», «Основы научных исследований и испытания транспортных средств специального назначения», а также при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Руководитель учебно-методического отдела

Заведующий кафедрой

гусеничных машин и прикладной механик

д.т.н., профессор

С.Н. Синицын

УТВЕРЖДАЮ:

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Тараторкина А.И.

«Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности

силовых передач колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

Комиссия в составе: председателя - заместителя генерального конструктора-главного конструктора Центра трансмиссий Зайцева А.И. и членов - начальника отдела инженерных расчетов Ахметшина Е.А., начальника бюро коробок передач Репина А.Р. составила настоящий акт о том, что результаты теоретических и экспериментальных исследований, изложенные в диссертационной работе А.И. Тараторкина «Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств» использованы в процессе выполнения НИОКР по договору № 04/19-НИОКР от 30.05.2019 г. по теме «Разработка методики создания комплекса валидироваиных моделей для определения вибронагруженности автоматических коробок передач», а также при выполнении работ по договору № 7/18 НИОКР/18-2-046 от 14.06.2018 г. по теме «Создание редукторов семейства коробок передач нового поколения для трех типоразмеров коробок передач с переключением с разрывом потока мощности под установку одинарных сухих сцеплений. Коробка отбора мощности»

Председатель комиссии:

по специальности 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

А.И.Зайцев

Е.А. Ахметшин

А.Р. Репин

УТВЕРЖДАЮ

РОССИЙСКОЙ

' * i? #

ОГр

ШШ

Ч зг сгг с-

Й з с а х * : со s — к

.-vif -

ного директора П «НАМИ»,

., профессор . Бахмутов

» сентября 2021 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Тараторкина Александра Игоревича «Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых передач колёсных и гусеничных машин

путём вариации модальных свойств», выполненной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.03 - Колёсные и гусеничные машины

Комиссия в составе: председателя - директора центра «Автомобили и тракторы» Лыскова А.Н. и членов - старшего эксперта Экспертного совета, к.т.н. Харитонова С.А. и ведущего эксперта Экспертного совета, к.т.н. Фисенко И.А. составила акт о том, что полученные в диссертационной работе Тараторкина А.И. результаты теоретических и экспериментальных исследований, а именно:

- метод прогнозирования динамической и виброакустической нагруженности силовых передач транспортных машин (на установившихся режимах работы и при переходных процессах) на основе совершенствования их модальных свойств с использованием современных инструментов CAD-CAE (виртуального образца - модальной модели);

- научно обоснованные методы и способы обоснования типа, выбора места установки и определения параметров гасителей крутильных колебаний трансмиссий в составе различных энергосиловых установок, в том числе гибридных;

- технические решения по снижению виброакустической нагруженности трансмиссий на основе реализации предложенного метода прогнозирования шума и вибраций силовых передач применительно к трансмиссиям автомобилей,

используются в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» при проектировании энергосиловых блоков и трансмиссионных систем.

Председатель комиссии:

Лысков А.Н.

Харитонов С.А.

Фисенко И.А.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Тараторкина А.И. «Научные методы снижения динамической и виброакустической нагруженности силовых

передач колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности

05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Комиссия в составе: председателя - председателя ученого совета ИМАШ УрО РАН

г.н.с., д.т.н. C.B. Смирнова и членов - заведующего лабораторией механики деформаций,

д.т.н., профессора A.B. Коновалова и заместителя директора по научной работе, н.с., к.т.н. И.С. Каманцева составила настоящий акт о том, что полученные в диссертационной работе А.И. Тараторкина результаты теоретических и экспериментальных исследований, а именно:

- метод силового перераспределения управляющих воздействий с учетом идентификации начальных условий в сложных динамических системах;

- методика определения приведенных моментов инерции с учетом присоединенных масс жидкости в механо-гидравлических системах;

- метод верификации модальных моделей при прогнозировании и оптимизации динамической и виброакустических нагруженности силовых передач энергосиловых блоков колесных и гусеничных машин путем вариации модальных свойств

используются в ИМАШ УрО РАН при выполнении исследований по программе Фундаментальных научных исследований государственных академий наук в рамках темы «Научное обоснование и развитие новых методов регулирования нестационарного движения транспортных машин, стабилизации динамических и вибрационных процессов в сложных механических системах и многофункциональных механизмах», № государственной регистрации: АААА-А18-118020290032-8.

Члены комиссии:

Председатель комиссии:

И.С. Каманцев

A.B. Коновалов

C.B. Смирнов