1.3.2. Формирование нагрузочных режимов

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Машиностроение
Нагруженность - это состояние объекта, обусловленное внешними воздействиями и условиями его функционирования, определяе­мая несколькими основными факторами (рис. 1.3.3), которые вызывают две составляющие процесса нагружения - статическую и динами­ческую. К статической составляющей относят­ся медленно изменяющиеся случайные про­цессы, не возбуждающие колебаний в динами­ческой упругоинерционной системе. Причи­нами возникновения статической составляю­щей являются: для трансмиссии силы сопро­тивления движению; для несущей системы - вес машины, механизмов и полезного 1руза. Динамическая составляющая процесса нагру­жения машины определяется случайным воз­действием со стороны микропрофиля опорной поверхности, изменением тяговой нагрузки, инерционными силами и давлением газа в цилиндрах двигателя, а также высокочастот­ными колебаниями узлов и агрегатов, обуслов­ленными кинематикой и погрешностями изго­товления, сборки и балансировки их элемен­тов.
1.3.3
Эти составляющие достаточно четко раз­делены по частотам. К статической состав­ляющей относятся процессы с частотами 0,3 ... 0,5 Гц. Микропрофиль опорной поверх­ности вызывает колебания с частотой 0,5 ... 22 Гц, а двигатель - с частотами 20 ... 250 Гц. Частотный спектр колебаний элементов трансмиссии машин, связанный с кинематикой и спецификой. 
Высокочастотные составляющие нагру­зочного режима машины служат одной из основных причин выхода из строя зубчатых передач (питинг шестерен), подшипников качения и деталей несущих систем.
В зависимости от режима движения и нагружения динамические процессы подразде­ляют на неустановившиеся и установившиеся (стационарные). Неустановившиеся процессы имеют место на режимах трогания и переклю­чения передач, переезда неровностей, а также при работе с различным навесным оборудова­нием. Как показывают экспериментальные исследования, именно на этих режимах возни­кают максимальные динамические нагрузки, определяющие статическую прочность элемен­тов конструкции машин. Нагруженность в данном случае принято оценивать коэффици­ентом динамичности Кл , под которым пони­мают отношение какого-либо максимального динамического показателя нагруженности /7Д (силы, момента, напряжения) к его стати­ческому значению.
Для деталей трансмиссии колесных и гу­сеничных машин Хд =1,7 ... 4 в зависимости от номера включенной передачи и частоты вращения двигателя; для трансмиссий мото­циклов Кд =3 ... 5; для несущих систем гру­зовых автомобилей Кл = 2 ... 2,5; для автобу­сов Ка =1,5 ... 2; для легковых автомобилей Кд =1,1 ... 1,5; для систем подрессоривания машин Кд =2,5 ... 3. 
Неустановившиеся режимы движения несмотря на их небольшую протяженность в общем пробеге (не более 5 ... 8 %) имеют так­же существенное значение в накоплении уста­лостных повреждений. Однако определяю­щими, с точки зрения сопротивления устало­сти, являются установившиеся процессы, обус­ловленные воздействием микропрофиля доро­ги и двигателя. 
В общем случае характеристиками (показателями) нагруженности могут быть: нагрузка, напряжение, деформация, длитель­ность и число циклов нагружения, коэффици­ент интенсивности напряжений и т.д. Однако для различных элементов конструкции машин принято использовать различные, наиболее характерные для них, показатели. Наиболее полно уровень нагруженности деталей и агре­гатов машины отражают следующие показате­ли: максимальные динамические нагрузки, определяющие статическую прочность деталей; статические характеристики динамических нагрузок, влияющие на сопротивление устало­сти деталей; число циклов нагружения на еди­ницу пути; средние технические скорости движения на передачах; пройденный путь и время движения на каждой передаче; число включений каждой передачи.
В таблицах 1.3.8 и 1.3.9 приведены рас­пределения пробега автомобилей и времени работы с различным навесным оборудованием промышленных тракторов по передачам [35, 36, 46]. Общепринятыми показателями нагру­зочного режима несущих систем машины (рамы или несущего кузова) являются напря­жения изгиба в вертикальной плоскости под действием симметричной системы сил, круче­ния вокруг продольной оси при кососиммет- рцчном нагружении, напряжения изгиба в горизонтальной плоскости.
Уровень нагруженности системы подрес­соривания оценивается с помощью перемеще­ний, скоростей и ускорений подрессоренных и неподрессоренных масс при движении по опорной поверхности заданного микропрофи­ля. При расчетах узлов и агрегатов от воздей­ствия неровностей опорной поверхности основной характеристикой возбуждающего воздействия принято считать спектральную плотность микропрофиля дороги.
Параметры спектральных плотностей микропрофилей основных автомобильных дорог приведены в литературных источниках [31, 49]. Типы дорог, наиболее характерных для эксплуатации колесных и гусеничных ма­шин, а также распределение пробегов по ви­дам дорог приведены в таблицах 1.3.10 и 1.3.11.
Для расчетов параметров колебаний в трансмиссии, возбуждаемых неравномерно­стью работы двигателя, достаточной характе­ристикой воздействия является спектральный состав крутящего момента двигателя на по­следней коренной шейке коленчатого вала. Крутя :1Й момент на валу двигателя представ­ляет собой периодическую функцию, которая разложением в ряд Фурье может быть пред­ставлена дискретным спектром [24].
1.3.9. Доля времени (%) работы трактора.на передачах при агрегатировании с бульдозером, рыхлителем и скрепером

 

 

 

 

Передача

 

 

Трансмиссия

Число

 

 

 

 

 

 

 

передач

1

2

3

4

5

6

Гидромеханическая

Три

86,4

37,5

42,9

-

-

-

 

Четыре

86,4

26,3

29,3

30,7

-

-

Механическая

Пять

75

25

20,6

29,2

30,0

-

 

Шесть

75

25

15,9

21,9

23,2

23,2

1.3.10. Распределение пробегов (% гарантийного) по видам дорог для колесных транспортно-тяговых машин

Дорога

Общий

Без прицепа

С прицепом

С усовершенствованным покрытием (асфальтобетонная, цементобетонная)

20

8

12

Булыжная

30

12

18

Грунтовая в удовлетворительном состоянии

30

12

18

Грунтовая разбитая

10

4

6

Грунтовая размокшая, заснеженная, тяжелая

10

4

6

Перечисленные условия формирования нагрузочных режимов характеризуются очень широким диапазоном изменения для реальной эксплуатации машин. Для сопоставимости результатов расчетных и экспериментальных исследований на этапах проектирования, до­водки и эксплуатации проведена систематиза­ция этих условий с целью выделения наиболее характерных для данного типа машин типизи­рованных циклов, пригодных для изучения вопросов тяговой динамики, топливной эко­номичности и динамической нагруженности машин.
Типизированные циклы включают все основные факторы, формирующие нагрузоч­ные режимы узлов и агрегатов машины: раз­личные типы дорог и распределение пробега по ним; различные режимы движения; характеристики транспортного потока; тип навесно­го оборудования для гусеничных и колесных тракторов и т.д. Циклы составляются на осно­вании статической обработки данных эксплуа­тации машин и полигонных испытаний. Ниже приведена краткая характеристика типизиро­ванного цикла бульдозера, на основании кото­рой разрабатывается цикл.
Фазы цикла                  Рабочий ход
(движение впе­ред); остановка; подъем отвала; откатка назад; остановка перед началом нового цикла
Длина цикла, м....................................... 50 ... 100
Продолжительность, с............................. 60 ... 90
Число переключений передач за 1 ч работы............................ 80 ..,120
Число включений рычагов поворота за 1 ч........................ 50 ... 150
Число включений гидрораспределителя за 1 ч ................  500 ... 800
Скорость холостого хода, км/ч................................................... 3 ... 7
Максимальная скорость, ограниченная дорожными условиями, км/ч, для трак­торов с подвеской:
с полужесткой................................. 10... 12
с эластичной.................................... 12 ... 18
Средний коэффициент соп­ротивления движению .... 0,15 ... 0,20
Среднее квадратическое отклонение.........,05 ... 0,08
Время остановки трактора, с, с трансмиссией:
 механической.......................................... 6,0
 гидромеханической...................... 3,0  
Типизированный цикл для магистраль­ных автопоездов приведен на рис. 1.3.4. Цикл, представленный в виде изменения скорости движения автопоезда в функции пройденного пути, включает следующие режимыг движение с постоянной скоростью на передаче; разгон с переключением передач; торможение двигате­лем - принудительный холостой ход (ПХХ); торможение (Т). Аналогично, представленному на рис. 1.3.4 магистральному циклу, разрабо­таны городской, карьерный (для автомобилей- самосвалов), горный и сельскохозяйственный (для автомобилей сельскохозяйственного наз­начения и колесных тракторов) циклы. Стати­ческие характеристики, необходимые для раз­работки типизированных циклов промышлен­ных тракторов с различным навесным обору­дованием, приведены в литературных источ­никах [19, 34, 36].

 

 

 

Снегоболотный

Многоцелевой

Дорога

Тягач

транспортер-тягач

транспортер-тягач

 

без

с

без

с

без

с

 

прицепа

прицепом

прицепа

прицепом

прицепа

прицепом

С твердым покрытием

-

15

5

-

5

5

Грунтовая в удовлетворительном состоянии

10

15

5

10

15

15

Разбитая грунтовая

10

15

10

10

20

20

Грунтовая в период распутицы

10

25

10

20

10

10

Болото

-

-

10

5

-

-

Снежная целина (Асн > 0,4 м)

-

-

10

5

-

-

Применяются два способа определения характеристик нагрузочного режима: экспери­ментальный и расчетный. Первый способ включает методы тензометрических, режимо- метрических испытаний и дальнейшую стати­ческую обработку полученных результатов. Он позволяет получить достоверный фактический материал. Однако он обладает рядом суще­ственных недостатков, важнейшими из кото­рых являются: длительность получения резуль­татов, большие затраты на проведение испыта­ний, а также возможность его применения лишь на этапе доводки, когда конструкция машины создана и реализована в металле с рядом ошибок.
1.3.4
В основе второго способа лежат расчеты режимов движения и нагрузок на ЭВМ. Основная задача этого способа заключается в проведении анализа динамической системы машины на этапе проектирования на основе математического моделирования на ЭВМ с целью определения области оптимальных зна­чений параметров и сокращения объемов и сроков экспериментальных исследований и доводочных работ.
Наиболее широкое распространение при исследовании динамических процессов в ма­шинах получили методы статической динами­ки и имитационного моделирования.
Метод статической динамики применяет­ся для изучения частотных спектров линейных динамических систем, а также систем с несу­щественными нелинейностями, которые под­даются статической линеаризации [24]. Ука­занный метод нашел широкое применение при исследовании стационарных случайных процессов натр ужения деталей трансмиссии и ходовой части машин при движении по дороге случайного микропрофиля.
1.3.5
Метод имитационного моделирования динамики движения машин лишен всех пере­численных выше недостатков [24]. Имитаци­онное моделирование включает процессы по­строения модели динамической системы и проведение численных экспериментов на ЭВМ по этой модели. Алгоритм исследования сле­дующий: формируются случайные воздействия с заданными характеристиками: проводятся численное интегрирование системы диффе­ренциальных уравнений, статическая обработ­ка выходных переменных для расчета тягово- динамических показателей, топливной эконо­мичности, плавности хода, эффективности, усталостной долговечности и безотказности работы основных деталей и узлов машин (рис. 1.3.5).
Метод имитационного моделирования позволяет рассчитать любые нестационарные режимы движения - трогание, разгон с пере­ключением передач, торможение двигателем на передаче и т.д. Для этого математическая модель транспортной машины должна быть многоструктурной.


 

Поиск


Сейчас 31 гостей онлайн





Забыли данные входа на сайт?