Дослідження динамічного навантаження деталей трансмісії транспортного засобу при моделюванні дорожнього впливу в умовах експлуатації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження динамічного навантаження деталей трансмісії транспортного засобу при моделюванні дорожнього впливу в умовах експлуатації

Комов О.Б., к.т.н., доцент (ДонНАБА)

Комов П.Б., к.т.н., доцент (ДонНАБА)

Грицук І.В., к.т.н., доцент (ДонІЗТ)

Комов А.П, студент (АДІ ДонНТУ)

При використанні в розрахункових методах визначення навантажувального режиму у дослідженнях моделей реального процесу навантаження трансмісії [1], як елемента динамічної системи автомобіль - дорога [2], потрібні знання рівня навантажувального режиму, що залежить, по-перше, від зовнішніх джерел збурювання і, по-друге, від параметрів автотранспортного засобу і його трансмісії, як коливальної системи і дозволяє провести розрахунок експлуатаційної довговічності деталей трансмісії. Для цього широко застосовується системний підхід, вихідні передумови якого полягають у прагненні з максимальною повнотою врахувати усі вхідні і вихідні характеристики об'єкту [3, 4].

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Реалізація існуючих сьогодні принципів і методик створення моделей динаміки руху автомобіля [3, 4, 5, 6] у вигляді комплексу програм для ЕОМ, дозволяє конструкторським службам автобудівних підприємств вирішувати широке коло задач на стадії проектування АТЗ, прискорюючи тим самим доводочні роботи і зменшуючи кількість експериментальних зразків, що в кінцевому рахунку підвищує якість як знову створюваних, так і існуючих АТЗ.

Метою роботи є визначення математичних залежностей для моделювання дорожнього впливу при дослідженнях динамічного навантаження деталей трансмісії транспортного засобу в умовах експлуатації.

Основна частина. Ординати нерівностей ділянки дороги є вхідним впливом стосовно диференціальних рівнянь, що описують рух АТЗ. Відтворення дорожнього впливу одна з основних задач що розв'язуються при імітаційному моделюванні руху автотранспортного засобу.

Мікропрофіль дорожнього покриття, як першопричина збурюючих коливань автомобіля, характеризується випадковою мінливістю при просуванні уздовж осі дороги. Тому опис його основних властивостей базується на статистичних методах. Розвиток цих методів можна розглядати в двох напрямках.

- Перший з них припускає дискретизацію мікропрофілю шляхом виділення окремих нерівностей і складання випадкових послідовностей їх розмірів, форми і взаємного розташування з допущенням опису поверхні кожної нерівності більш-менш точними функціями поступального переміщення.

- Другий ґрунтується на описі мікропрофілю безупинною але випадковою функцією.

Практичні висновки досліджень, заснованих на дискретних представленнях мікропрофілю, спрямовані на те, щоб з різноманітних за формою, розмірам і чергуванню нерівностей, які зустрічаються на дорозі, визначити або найбільш несприятливі, але реально можливі, або типові і такі, що часто зустрічаються. Цей спосіб оцінки мікропрофілю дороги має таку перевагу, що нерівності які виділяються або нерівності у їх поєднанні порівняно точно дозволяють виразити вплив на автомобіль у вигляді детермінованих функцій часу і розрахувати реакцію коливальних систем, у динаміку яких формуються досліджувані навантаження, теж у вигляді детермінованих функцій [7, 8].

Розташовуючи набор типових чи гранично можливих нерівностей і встановлюючи стосовно них оцінку реакції досліджуваної системи автомобіля у вигляді, наприклад, максимальної амплітуди моменту, що навантажує трансмісію, повторень числа циклів його зміни до загасання, частоти повторення заданих амплітуд й т.і., можливо прийти до важливих висновків про те, що параметри системи задовольняють або не задовольняють вимогам стосовно цілого класу впливів, якими характеризуються рівність дороги й експлуатаційні швидкості руху на них [5].

Представлення мікропрофілю дороги випадковими функціями зв'язано з деякими умовностями, які варто мати на увазі, щоб уникнути переоцінки можливостей методів статистичної динаміки стосовно щодо дослідження навантаженості трансмісії автомобіля від впливів нерівної дороги.

У загальному випадку мікропрофіль автомобільної дороги будь-якого типу повинен представлятися випадковою нестаціонарною функцією. Дійсно при поступальному русі уздовж осі дороги статистичні властивості мікропрофілю окремих ділянок можуть значно відрізнятися друг від друга. Часто, наприклад, на ґрунтових дорогах ділянки великої довжини мають дуже високий ступінь рівності, що наближається за своїм впливом до покритих доріг з рівною поверхнею. У той же час на значних за довжиною ділянках тих же доріг поверхня відрізняється великими безупинно наступаючими друг за другом вибоями і буграми. Ясно, що середній квадрат ординат таких ділянок різко відрізняється. Цей тип нестаціонарності уздовж дороги, є основним при описі мікропрофілю випадковими функціями [7].

Аналіз нестаціонарних функцій надзвичайно складний. Задача апроксимації кореляційних функцій мікропрофілю досить простими залежностями включає рішення системи трансцендентних рівнянь для різних ділянок дослідної кривої з послідовним наближенням до неї, але так, щоб відхилення від дослідних відміток на всіх ділянках були по можливості мінімальними. У зв'язку з цим виникає питання про вибір критерію оцінки наближення емпіричної й апроксимуючих кривих кореляційної функції.

Для дослідження впливу мікропрофілю дороги на автомобіль використовується в основному не кореляційна функція, а її пряме перетворення Фур'є - спектральна щільність мікропрофілю:

, (1)

де - нормована спектральна щільність випадкової функції, що описує мікропрофіль дороги;

- хвильова частота гармонійних складових будь-який реалізації випадкової функції, що описує мікропрофіль.

Спектральну щільність мікропрофілю за формулою (1) при обраних апроксимуючих виразах розрахувати неважко. Після інтегрування обох виразів, що використовувались для апроксимації кореляційних функцій (таблиця 1), у загальному вигляді виходить:

; (2)

. (3)

Варто підкреслити, що в цих виразах частота виражається у вигляді кутової частоти обертання радіуса вектора, зміна ординати кінця якого описує гармонійні функції, як це має місце в процесі при тимчасовому аргументі.

Спектральна щільність впливу дороги при незмінних характеристиках мікропрофілю істотно залежить від швидкості руху. Рух автомобіля по якій-небудь дорозі характеризується безупинною зміною сил взаємодії коліс у зоні контакту з поверхнею дороги, мікропрофіль якої описується випадковою функцією. У зв'язку з тим, що коливання навантажуючих зусиль, які описуються в часі, то і вплив мікропрофілю, що представляє собою зміну ординат поверхні в зоні контакту шин з опорною поверхнею, також повинен виражатися у функції часу. При постійній поступальній швидкості автомобіля Vа просування уздовж осі дороги і час зв'язані найпростішою залежністю:

ta = Vаl. (4)

Таблиця 1. Коефіцієнти апроксимації кореляційних функцій мікропрофілю різних доріг

Так само аналогічно зв'язуються інтервали кореляції мікропрофілю, як випадкової функції просування уздовж дорогі, і впливу його на колеса, як випадкового процесу в часі:

t Vаl. (5)

На підставі формули (5) визначається зв'язок хвильової частоти мікропрофілю з циклічною частотою його впливу. Якщо час проїзду однієї хвилі синусоїдальної нерівності lп позначити ТН, то при швидкості руху Vа одержуємо:

.

Звідки

. (6)

При швидкості Vа=1 м/с чисельні параметри у виразах, що апроксимують спектральні щільності функцій мікропрофілю і функції збурюючого впливу збігаються. При швидкостях руху, відмінних від одиниці, зв'язок параметрів мікропрофілю і збурюючого впливу визначаються співвідношеннями:

; (7)

; (8)

. (9)

Використовуючи дані таблиці 1 і обчисливши значення коефіцієнтів за формулами (7-9) для швидкості руху автомобіля 40 км/год, знаходимо значення спектральної щільності впливу нерівностей дорожньої поверхні доріг різного типу на трансмісію автомобіля. Графіки спектральної щільності, розраховані за цією методикою, представлені на рисунку 1.

За допомогою цього методу можливо проводити вибір методу розрахунку динамічного навантаження трансмісії від збурюючого впливу нерівностей дорожньої поверхні. Для цього складена еквівалентна коливальна система тривісного автомобіля, яка дозволяє визначити значення змінних радіальних навантажень при русі по нерівностях дороги [1]. Задача відшукання реакції коливальної системи, еквівалентної трансмісії, на довільний вплив може конкретизуватися в наступному вигляді: необхідно знайти зображення реакції системи, заданої диференціальними рівняннями (8) [1], якщо відоме зображення прикладеного збурювання. Розшукуване рішення буде представлятися як відношення зображення реакції системи до зображення прикладеного чи впливу, користаючись розповсюдженою термінологією з області автоматичного регулювання, рішення буде представлятися як відношення зображення по Лапласовій функції на виході коливальної системи до зображення функції на вході її. Це відношення в системі при лінійності диференціальних рівнянь її, що описують називається передаточною функцією. Передаточна функція є основною характеристикою системи, тому що знання її дозволяє обчислити за допомогою зворотного перетворення реакцію системи на будь-який вплив.

Докладна методика розрахунку квадрата модуля передатної функції задньої підвіски приведена в роботі [8], першим кроком якої є запис рівнянь системи (8) [1] у зображеннях. Після подальших перетворень одержують кінцеві формули для розрахунку. Ґрунтуючись на отриманих формулах і використовуваних позначеннях у роботі [8], було складено алгоритм [1] для розрахунку квадрата модуля передаточної функції задньої підвіски тривісних автомобілів по виходах у вигляді радіального прогину шин коліс середнього і заднього моста. Даний розрахунок і побудова графіка квадрата модуля передаточної функції задньої підвіски автомобіля

Спектральна щільність збурюючого впливу мікропрофілю цементобетонного шосе:

, , , ,

Графік спектральної щільності впливу мікропрофілю цементобетонного шосе

Спектральна щільність збурюючого впливу мікропрофілю розбитої ґрунтової:

, , , , , ,

Графік спектральної щільності впливу мікропрофілю розбитої ґрунтової дороги

Спектральна щільність збурюючого впливу мікропрофілю зношеної брукової мостової:

, , , , , , ,

Графік спектральної щільності впливу мікропрофілю зношеної брукової мостової

Спектральна щільність збурюючого впливу мікропрофілю асфальтованої дороги:

, , , , , , ,

Графік спектральної щільності впливу мікропрофілю асфальтованої дороги

Спектральна щільність збурюючого впливу мікропрофілю спеціальної дороги з великим кругляком:

, , , , , , ,

Графік спектральної щільності впливу мікропрофілю спеціальної дороги з великим кругляком

Спектральна щільність збурюючого впливу мікропрофілю брукової мостової у задовільному стані:

, , , ,

Рисунок 1. Графіки спектральної щільності впливу нерівностей дорожньої поверхні при швидкості руху автомобіля 40 км/год

КамАЗ-5320 по виходу у вигляді радіального динамічного прогину шини представлено на рисунку 2.

Рисунок 2. Графіки квадратів модулів передатних функцій задньої підвіски автомобіля КамАЗ-5320 по виходу у вигляді радіального динамічного прогину шини

Розроблені математичні залежності для моделювання дорожнього впливу при дослідженнях динамічного навантаження деталей трансмісії транспортного засобу в умовах експлуатації. В результаті були отримані залежності спектральної щільності впливу нерівностей дорожньої поверхні при відповідній швидкості руху автомобіля. Ґрунтуючись на отриманих залежностях було складено алгоритм для розрахунку квадрата модуля передаточної функції задньої підвіски тривісних автомобілів по виходах у вигляді радіального прогину шин коліс середнього і заднього моста.

Список літератури

автомобіль навантаження трансмісія

1. Линнік І.І., Комов О.Б., Комов П.Б., Грицук І.В., Бабанін А.А. До питання дослідження динамічного навантаження деталей трансмісії транспортного засобу в умовах експлуатації. / Збірник наукових праць Донецького інституту залізничного транспорту Української державної академії залізничного транспорту. - Донецьк: ДонІЗТ, 2010 - Випуск № 21. 257с., С. 141-160.

2. Островерхов Н.Л., Русецкий Н.К., Бойко Л.И. Динамическая нагруженность трансмиссии колесных машин. Минск: Наука и техника, 1977. - 192 с.

3. Альгин В.Б., Павловский В.Я., Поддубко С.Н. Динамика трансмиссии автомобиля и трактора / Под ред. И.С. Цитовича. - Минск: Наука и техника, 1986. - 214 с.

4. Базова І.В., Герасименко В.Г., Доля А.Г., Грицук І.В. Експлуатаційний стан дорожнього покриття в умовах агресивного середовища. / Современные проблемы строительства / Ежегодный научно-технический сборник. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, 2008. - 364 с.

5. Герасименко В.Г., Москаленко Т.В., Доля А.Г., Грицук І.В. Исследование влияния состояния дорожного покрытия на плавность хода и колебания автомобиля / Вісник Донецького інституту автомобільного транспорту.-Донецьк: ДІАТ, 2009.-№ 2 - 96 с. - с. 10-13.

6. Базова І.В., Герасименко В.Г., Доля А.Г., Грицук І.В. Вплив експлуатаційного стану дорожнього покриття на роботу шин автомобіля в умовах агресивного середовища / Вісник Донецького інституту автомобільного транспорту.-Донецьк: ДІАТ, 2009.-№ 2 - 96 с. - с. 4-10.

7. Яценко Н.Н. Колебания, прочность и форсирование испытания грузовых автомобилей. М.: Машиностроение,1972. - 368 с.

Размещено на Allbest.ru