WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ПОДЗОРОВ Андрей Валерьевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОДВЕСКИ АТС

С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГИДРОАМОРТИЗАТОРА

НА ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ

05.05.03 – Колесные и гусеничные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград – 2010

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете доктор технических наук, профессор

Научный руководитель Горобцов Александр Сергеевич.

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Тольский Владимир Евгеньевич.

кандидат технических наук, доцент Чернышов Константин Владимирович.

Институт проблем точной механики и управления

Ведущая организация Российской академии наук (ИПТМУ РАН) г. Саратов.

Защита диссертации состоится « 01 » октября 2010 г. в на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу 400131, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета Автореферат разослан «» _ 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Ожогин В. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современном автомобилестроении постоянно ужесточаются требования к вибронапряженности, вибронагруженности и виброакустике основных узлов и агрегатов автотранспортного средства (АТС), в числе которых кузов, как несущая система, является определяющим. Для выполнения этих требований машиностроителям необходимо учитывать высокочастотный спектр возмущений, передаваемых на кузов системой подрессоривания. Значительная доля высокочастотных возмущений, передаваемая подвеской АТС на его кузов, определяется гидравлическим амортизатором. Моделирование работы гидравлического амортизатора в высокочастотном спектре возмущений сопряжено со сложностью представления и описания физической картины процессов, протекающих в нем. Следовательно, работа, посвященная исследованию более совершенных моделей систем подрессоривания АТС, и гидравлических амортизаторов в частности, позволяющих адекватно воспроизводить особенности его работы в широком частотном диапазоне возмущений, так и определять пути совершенствования пассивных и активных амортизаторов – актуальна.

Цель работы состоит в разработке математической модели системы подрессоривания АТС с учетом свойств гидравлического амортизатора на высоких частотах нагружения для определения адекватных усилий, передаваемых на кузов транспортного средства со стороны дорожных неровностей и определяющих параметры вибронагруженности и вибронапряженности конструкций АТС.

Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи.

1. Провести анализ современных моделей гидравлических амортизаторов, определив возможность их применения при моделировании в широком диапазоне частот (0,9…22,4 Гц).

2. Разработать ряд структур модели гидравлического амортизатора на основе введения в нее дополнительных взаимосвязанных динамических элементов, которые позволят учесть особенности его работы на высоких частотах.

3. Разработать пространственную модель АТС, позволяющую определять усилия, действующие на его кузов, с учетом свойств подвески в широком спектре возмущений, характерном для типичных условий эксплуатации.

4. Провести идентификацию созданных моделей АТС и гидравлического амортизатора по результатам экспериментальных исследований.

5. Предложить методику для оценки эффективности работы гидравлического амортизатора в частотном диапазоне, характерном для типичных условий его эксплуатации.

6. Провести анализ результатов, полученных при моделировании динамики АТС с использованием предложенных моделей гидравлического амортизатора.

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработана математическая модель гидравлического амортизатора, учитывающая особенности его работы в высокочастотном спектре возмущений;

разработана оригинальная пространственная многомассовая математическая модель легкового АТС, включающая в себя кузов, систему подрессоривания, рулевое управление, с помощью которой возможно получить адекватные результаты нагружения элементов кузова в широком частотном диапазоне;

на основе передаточных и фазовых характеристик гидравлического амортизатора предложена методика, позволяющая оценить эффективность его работы в широком диапазоне спектра возмущений, характерном для типичных условий эксплуатации.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и результатов базируется на накопленном опыте использования апробированного программного комплекса формирования и решения уравнений нелинейной динамики FRUND, в котором производились вычислительные эксперименты. Формирование уравнений динамической системы производилось на основе уравнений Лагранжа первого рода;

численное решение – при помощи явных методов высокого порядка. Результаты теоретических исследований сравнивались с соответствующими замерами, полученными в ходе дорожных испытаний.

Практическая ценность. Полученное математическое описание системы подрессоривания АТС с учетом особенностей работы гидравлического амортизатора на высоких частотах позволит разработчикам АТС использовать более адекватные детальные модели вибронапряженного состояния кузова для выработки и реализации конструктивных мероприятий по повышению его усталостной прочности, долговечности, а также модели виброакустики – для снижения общего вибрационного фона (вибронагруженности) АТС в целом. Пространственная многомассовая математическая модель АТС, разработанная в программном комплексе FRUND, является инструментом конструктора, расширяющая возможности по исследованию и оптимизации различных аспектов решения задач поискового конструирования. Выявленные частотные и передаточные характеристики гидравлического амортизатора могут быть использованы при проектировании новых амортизаторов с улучшенными виброзащитными свойствами.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на ежегодных научных конференциях ВолгГТУ (44 – 47 конференции) кафедр «Автоматические установки», «Автомобильные перевозки», «Автомобиле- и тракторостроение», «Высшая математика» (г. Волгоград, 2007 – 2010 гг.); ежегодных XII и XIII региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской обл. (г. Волгоград, 2007 – 2008 гг.); международной конференции «Шестые Окуневские чтения» (С.-Пб., 2008 г.); научно-техническом семинаре «Компьютерное моделирование в железнодорожном транспорте: вопросы динамики, прочности и износа» (г. Брянск, 2009 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 научных работах, среди которых 3 статьи (2 статьи в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук») и 5 тезисов научных докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературных источников из 125 наименований, включая 50 на иностранных языках. Работа изложена на 132 листах, содержит 40 рисунков и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности темы диссертации, определению основных направлений для исследования. В реферативной форме приведена общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены современные тенденции исследования сложных динамических систем – систем подрессоривания АТС, которые являются объектом исследования в данной работе. Для исследования и оптимизационного синтеза этих систем применяется математическое моделирование. В настоящее время используются два вида математических моделей, различающихся принципиальным подходом для их построения: теоретические и эмпирические модели. Рассмотрены актуальные задачи в теории транспортных средств, касающиеся подвески транспортного средства и несущих конструкций в работах отечественных и зарубежных ученых, таких как:

Е.А. Чудаков, Б.С. Фалькевич, Я.М. Певзнер, Р.В. Ротенберг, А.А. Силаев, А.А. Хачатуров, А.Д. Дербаремдикер, Н.Н. Яценко, А.С. Литвинов, Я.Е. Фаробин, Р.И. Фурунжиев, И.Н. Успенский, А.А. Дмитриев, Н.А. Забавников, В.И. Колмаков, И.М. Рябов, В.В. Новиков, А.Е. Плетнев, С.М. Воеводенко, В.Е. Тольский, М.Д. Перминов, А.С. Горобцов, В.Г. Панков, И.М. Герасимов, Г.О. Котиев, Е.Б. Сарач, А.В. Сухоруков, А.В. Сирин, J.H. Baum, D. Cebon, M. Mitschke, D.C. Karnopp, D.L. Milliken, J. Dixon, J. Reimpel, T.D. Gillespie, H.B. Pacejka, Т. Renner, А. Barber, V. Prachny, F.G. Guzzomi, A. Kruse и др. Из анализа работ выявлены специфические элементы в подвеске, нетривиальные для математического описания, к которым и относится гидравлический амортизатор. Описание поведения гидравлического гасителя при помощи уравнений Бернулли и расхода жидкости является грубым и неточным. Используемые в исследованиях общепринятые скоростные характеристики амортизатора не отображают в полной мере эффектов, возникающих в высокочастотной зоне его работы.

Особенности работы амортизатора при гармоническом возмущении исследованы многими школами отечественных ученых, однако при случайном возмущении результаты таких исследований не всегда могут быть применены корректно, поскольку сама по себе система подрессоривания является сильно нелинейной и поэтому принцип суперпозиции решения на отдельных режимах периодического возмущения не применим.

В небольшом количестве работ (А.Е. Плетнев, В.Е. Тольский, С.М. Воеводенко, М.Д. Перминов, С.К. Карцов, А.С. Горобцов) была выявлена необходимость определения усилий передаваемых от системы подрессоривания со стороны дорожного микропрофиля на несущие конструкции АТС. Это требуется, во-первых, для последующих проектных расчетов кузова на прочность и долговечность, во-вторых, для определения вибрационного фона за счет собственной упругости кузова, в-третьих, для совершенствования конструкций подвески АТС.

Разработкой математических моделей гидравлических амортизаторов занимаются отечественные и зарубежные исследователи: В.Г. Панков, И.М. Герасимов, Г. О. Котиев, Е. Б. Сарач, А. В. Сухоруков, А. В. Сирин, Т. Renner, А. Barber, V. Prachny, A. Kruse, F. G. Guzzomi. В работах отечественных исследователей при разработке теоретических моделей используются следующие допущения: гармоническое кинематическое возмущение с применением метода суперпозиции, исследования в ограниченном частотном диапазоне возмущающих воздействий, упрощение расчетных схем АТС, пренебрежение особенностями работы клапанной системы. В работах зарубежных исследователей прослеживается четкая тенденция использования эмпирического подхода (нейросетевого моделирования). Интерпретация многочисленных экспериментальных данных по динамическим характеристикам амортизаторов ориентировало западных исследователей на интерполяционные модели. Такие модели довольно точно описывают характеристику амортизатора во всем частотном диапазоне, но не дают полного представления о физических процессах, которые в нем происходят, кроме того, не указывают на конструктивные параметры, при помощи которых возможно влиять на его характеристики в частотном диапазоне, а так же описывают только одну конкретную модель гидравлических амортизаторов.

Следует отметить работу австралийских исследователей во главе с F. G. Guzzomi. В ней произведено детальное моделирование работы сложной клапанной системы гидравлического гасителя на основе применения МКЭ в CAE-системе ANSYS CFX. Исследования в таком направлении сопряжены с рядом существенных трудностей, связанных с необходимостью учета целого ряд факторов, имеющих место при работе клапанов. Требуется существенное уточнение модели, находящейся на начальной стадии разработки, чтобы в итоге добиться адекватного моделирования работы клапанной системы в гидроамортизаторе.

На основе анализа состояния вопроса определены цель и задачи работы.

Вторая глава посвящена разработке структур модели гидравлического амортизатора и их исследованию на первом этапе в составе модели стойки АТС согласно предложенной методике по следующим критериям: 1) по передаточной функции зависимости усилия в амортизаторе от скорости его относительного перемещения в частотном диапазоне колебаний подвески (передаточной характеристики); 2) по сдвигу фаз между скоростью относительного перемещения амортизатора и усилием в нем в частотном диапазоне колебаний подвески (фазовой характеристики). Данные критерии представляются наиболее эффективными для выявления закономерностей поведения гидравлического амортизатора при случайном возмущении в типичных условиях эксплуатации.

Для разработки модели как отдельной стойки, так и полной модели подвески АТС использовался апробированный программный комплекс FRUND. Приведена краткая характеристика комплекса формирования и решения уравнений нелинейной динамики FRUND. Формирование уравнений движения производится в нем на основе уравнений Лагранжа первого рода, записываемое в матричном виде:

где х – вектор обобщенных координат всей системы размерностью n, М – диагональная матрица инерции, f ( x, x, t ) – вектор внешних сил, включающий в себя силы нагрузок, силы от упруго-демпфирующих элементов и гироскопические силы, D – матрица переменных коэффициентов уравнений связей от кинематических связей размерностью k x n (k – число связей), h ( x, x ) – вектор правых частей уравнений связей, p – вектор множителей Лагранжа (физический смысл – реакции в кинематических парах).

Численное решение уравнений движения системы производилось при помощи явных методов высокого порядка.

В структуре упрощенной модели стойки (рисунок 1) присутствуют подрессоренная 1 и неподрессоренная 4 массы, взаимодействующие между собой посредством упругого элемента подвески 2 (пружины) и демпфирующего элемента 3 (амортизатора).

На неподрессоренную массу 4 так же действует посредством упруго-демпфирующих свойств шины 5 кинематическое возмущение 6, в качестве которого выбран микропрофиль, соответствующий ровному булыжнику (дороге удовлетворительного качества), что наиболее точно отражает условия эксплуатации подвески. В качестве кинематического возмущения в исследовательских целях возможно использование гармонического профиля и единичной неровности. Основные допущения при моделировании:

возмущающее воздействие задано в виде кусочно-линейного микропрофиля с шагом 10 см без учета его податливости; воздействие от дороги осуществляется только в вертикальном направлении; подрессоренные и неподрессоренные части считаются точечными массами. Параметры модели гидроамортизационной стойки соответствуют номинальным автомобиля ВАЗ-2110.

Спектр передаточной функции S(r) (рисунок 2а) отражает, так называемый, эффективный коэффициент демпфирования в частотной области, определяемый суммарным воздействием усилия амортизатора на разных участках его характеристики. Расчетный S(r) стандартной структуры модели амортизатора представляет собой нисходящую кривую 2 в частотном диапазоне до 0,9 Гц (этот участок обусловлен погрешностью оценок спектров из-за влияния макропрофиля и не нуждается в детальном анализе) переходящую в прямую параллельную горизонтальной оси с некоторым небольшим восхождением начиная с 15 Гц. Стоит выделить прогнозируемое приемлемое сходство в передаточных функциях в частотном интервале до 15 Гц. Далее начинается значительное расхождение с экспериментальной кривой 1: вместо существенного уменьшения характеристики в эксперименте с 14–16 Гц наблюдается некоторое увеличение расчетной передаточной функции. За счет варьирования коэффициентами демпфирования передаточная функция смещается параллельно вверх при увеличении демпфирования (кривая 3) и вниз при его уменьшении (кривая 4) без изменения вида в частотном диапазоне выше 0,9 Гц. За счет варьирования отдельно сопротивлениями постоянных проходных каналов (дроссельный участок) и каналов, перекрытыми клапанами (клапанный участок), возможно уменьшить восхождение характеристики с 15 Гц вплоть до прямой и наоборот увеличить «крутизну» восхождения.

Рассмотрены фазовые характеристики и проведено сравнение с экспериментальными. Как видно из рисунка 2б, экспериментальная фазовая характеристика (кривая 1) имеет ступенчатый вид. На частотах до ~ 12 Гц сила в амортизаторе стандартно опережает усилие в пружине на /2. В диапазоне 12…18 Гц происходит увеличение сдвига фаз от / до ±, причем если для интервала 12…17 Гц сдвиг фаз увеличивается до (0,55…0,57), то для 17…18 Гц происходит «скачок» до ±. Далее с 18 до 19 Гц опять происходит «скачок» сдвига фаз от ± до – (0,5…0,55), и уже для 19…38 Гц держится на отметке – /2, т.е. происходит отставание усилия в амортизаторе от усилия в пружине на /2. В интервале выше ~ 38 Гц сдвиг фаз возвращается в стандартное состояние. Если сопоставить с передаточной характеристикой амортизатора, то ее существенное уменьшение как раз и приходится на диапазон 16…38 Гц, когда нарушается картина стандартного сдвига фаз.

Фазовая характеристика (рисунок 2б, кривая 2) стандартной модели амортизатора на всем диапазоне частот представляет собой опережение усилия в амортизаторе на /2 по сравнению с усилием в пружине, что повторяет лишь эксперимент в диапазонах частот до ~12 Гц и после 38 Гц. В диапазоне частот 12…38 Гц стандартный расг Рисунок 3. – Исследованные структуры модели гидравлического амортизатора а, б, в, г – с дополнительными упруго-демпфирующими звеньями; д, е, ж – с дополнительными колебательными звеньями; з – с инерционным звеном; и – с осциллятором; к – с фильтром; л – с трением чет расходится с экспериментальными данными. Таким образом, имеет место расхождение стандартной модели амортизатора с экспериментом как в фазовой, так и в передаточной характеристиках, причем в одних и тех же частотных диапазонах.

Для устранения выявленных расхождений с экспериментом рассмотрен ряд структур модели амортизатора, представленных на рисунке 3. В стандартную структуру модели амортизатора вводились дополнительные взаимосвязанные динамические элементы. Введение дополнительных динамических элементов обеспечивает сдвиг фаз усилия в амортизаторе относительно его скорости перемещения, и как следствие влияет на результирующее усилие в демпфере, определяя соответствующую передаточную характеристику амортизатора.

фаза[рад] Анализ на первом этапе представленных структур по выработанным критериям позволил выделить две структуры: «д» с дополнительным колебательным звеном и «к» с фильтром. Структура «д» позволяет при помощи резонансного всплеска от колебательного звена добиться соответствия по передаточной характеристике амортизатора (рисунок 4а) в диапазоне частот до ~30 Гц (кривая 2). В фазовых характеристиках (рисунок 4б) для структуры «д» полного совпадения с экспериментом добиться не удалось, однако сами формы ступенчатого провала и его местоположение соответствуют эксперименту, различие есть лишь в ширине самого «провала» – расчетный менее широкий, чем экспериментальный. Для структуры «к» (рисунок 4в) с фильтром получаем передаточную характеристику (кривая 3), повторяющую полностью искомую экспериментальную. Как видно, кривые довольно точно совпали друг с другом.

В фазовых характеристиках для структуры «к» наблюдаем картину, представленную на рисунке 4г. Здесь имеют место зигзагообразные изменения фазовых характеристик. В фазовых характеристиках получается картина, несколько отличающаяся от экспериментальной, но повторяется тенденция к резким изменениям («скачкам») фазовой характеристики, что и в эксперименте.

Выявлены две структуры «д» и «к» модели гидравлического амортизатора, показавшие наиболее близкие к экспериментальным результаты.

Третья глава посвящена детальному исследованию выбранных в предыдущей главе структур модели амортизатора (второй этап исследований) в составе полной модели системы подрессоривания АТС. Для этого разработана полная многомассовая модель АТС. Модель легкового транспортного средства, представленная на рисунке 5, разработана на основе конструктивных параметров и технических характеристик автомобиля ВАЗ 10-го семейства и содержит несколько подвижных абсолютно жестких тел: кузов 1, колеса 2, элементы передней 3, 4 и задней 6, 7 подвесок, рулевого управления 5. Модель точно описывает конструкцию передней и задней подвесок, а также полностью воспроизводит их кинематику – стойки 3 с нижними поперечными рычагами и растяжками 4 передней подвески, и задний полунезависимый мост в виде поперечной балки 7 из двух упруго связанных половин с амортизационными стойками 6. Основное допущение при моделировании: не учтена конечная жесткость кузова и других элементов подвески. Параметры модели АТС соответствуют автомобилю ВАЗ-2110 и представлены в работе.

Рисунок 5. – Модель АТС в системе моделирования FRUND В качестве возмущающего воздействия со стороны дороги при моделировании использовались микропрофили цементобетонной динамометрической дороги и булыжной мощеной дороги без выбоин (т.н. «ровный булыжник») автополигона НАМИ согласно ОСТ 37.001.275-84.

Для данной модели были получены решения в комплексе моделирования FRUND. Модель является универсальной и позволяет исследовать различные варианты движения: торможение, разгон, движение прямолинейное и с перестроением, поворот и т.д. Представленная модель является удобным инструментом для проектирования отдельных узлов подвески, рулевого управления автомобиля, исследования кинематики движения отдельных механизмов и последующей их доводки для различных режимов движения и условий эксплуатации. При помощи среды моделирования имеется возможность снимать и обрабатывать необходимые выходные характеристики: усилия в соединительных элементах, перемещения, скорости и ускорения отдельных тел.

Натурные испытания осуществлялись на автомобиле ВАЗ 2110 базовой комплектации со стандартным набором оборудования, в снаряженном состоянии. В качестве амортизационных стоек на данном АТС установлены штатные амортизаторы производства ОАО «Скопинский автоагрегатный завод» (СААЗ). Дорожные испытания проводились на покрытии, по своим характеристикам соответствующем булыжнику удовлетворительного качества полигона НАМИ, на эксплуатационных скоростях 60 км/ч, характерных для движения в городском режиме. Длины случайных реализаций были выбраны таким образом, чтобы статистические характеристики случайных процессов вышли на стационарные значения. Дисперсии измеряемых величин, начиная с длин реализаций в 50 сек, имели разброс порядка 5…10 % с вероятностью 0,95 по критерию Стьюдента.

Для обеспечения наиболее полной и корректной идентификации модели проводились замеры следующих характеристик для каждой амортизационной стойки: 1) вертикальное ускорение на ступице колеса; 2) вертикальное ускорение на кузове в месте присоединения стойки; 3) усилие в пружине; 4) усилие на штоке амортизатора.

Обработка результатов измерений осуществлялась по известным методикам с помощью интерфейса программного комплекса FRUND, позволившего построить необходимые статистические характеристики случайных процессов. В итоге, результатом экспериментальных исследований явились спектры ускорений и усилий соответствующих снимаемых динамических характеристик.

Результаты идентификации полной модели АТС со стандартной структурой модели амортизатора по среднеквадратичным отклонениям (СКО) значений в различных диапазонах частот приведены в таблице 1; спектральные плотности представлены на рисунке 6. Стоит отметить, что качественный вид полученных спектров для всех рассмотренных случаев одинаковый. Количественный анализ показал значительные большие, чем в эксперименте расчетные усилия на штоке амортизатора в высокочастотной зоне (расхождения по СКО до 350 %); расхождения на передних стойках на низких частотах до 50 %, а на высоких частотах не более 20 – 30%. Отклонения по СКО остальных динамических характеристик модели менее 40 %, что является приемлемым, учитывая стохастичность рассматриваемого процесса. По общему СКО во всем диапазоне частот (0,9…22,4 Гц) наблюдаются значительно меньшие расхождения с экспериментом (максимальное 89 % у гидравлического амортизатора), что серьезно искажает ситуацию в разных частотных диапазонах и является неэффективным для оценки.

Исследованы влияния вводимых элементов в состав модели гидравлического амортизатора по предлагаемым структурам «к» и «д». На рисунке 7 представлены сравнительные результаты динамических параметров по структуре «к» с фильтром.

Для времени фильтрации 0,025 с (кривая 3) получено приемлемое согласование с экспериментом по усилиям в амортизаторе – значительно уменьшено демпфирование в частотной зоне выше 10 Гц и расхождение по СКО усилий с экспериментом составило не более 30 %. Расхождения расчетных и экспериментальных значений СКО для величин ускорений на кузове в низкочастотной части спектра, усилий в пружине не превым 2 м Рисунок 6. – Результаты экспериментальных и расчетных исследований подвески со стандартной структурой модели амортизатора а – спектры вертикальных ускорений ступицы; б – спектры вертикальных ускорений кузова в районе крепления гидроамортизационной стойки; в – спектры усилий в пружине;

г – спектры усилий в амортизаторе: 1 – экспериментальные; 2 – расчетные Таблица 1 Сравнение экспериментальных и расчетных исследований АТС с использованием стандартной структуры модели гидравлического амортизатора Сравниваемый параметр по СКО Усилие передней пружины, Н Усилие переднего амортизатора, Н Усилие задней пружины, Н Усилие заднего амортизатора, Н Рисунок 7. – Результаты экспериментальных и расчетных исследований подвески для структуры «к» с фильтром модели амортизатора а – спектры вертикальных ускорений кузова в районе крепления передней гидроамортизационной стойки; б – спектры вертикальных ускорений кузова в районе крепления задней гидроамортизационной стойки; в – спектры усилий в пружине; г – спектры усилий на штоке амортизатора: 1 – экспериментальные; 2 – расчетные со стандартной структурой модели амортизатора; 3 – расчетные со структурой «к» модели амортизатора шают 30 %. В спектрах ускорений на кузове в высокочастотной зоне (выше 10–12 Гц) получены в расчете значительно меньшие значения СКО (до 70%), чем в эксперименте.

Для структуры «д» с дополнительным колебательным звеном производилось варьирование массой звена mx от 1 до 200 кг, жесткостью подвеса сx от 25104 до 64105 Н/м, демпфированием в подвесе rx от 1 до 400 Нс/м. Наиболее близкие к эксперименту результаты были получены для mx = 80 кг, сx = 25,6105 Н/м, rx = 10 Нс/м, что соответствовало оптимальным передаточным и фазовым характеристикам, полученным в предыдущей главе. В целом, полученные в графическом виде результаты расчетов на рисунке 8 (кривая 3) по всем выходным характеристикам совпадают с результами для структуры «к» с фильтром. Есть характерная особенность – наличие резонансного всплеска на частоте ~ 35 Гц от введенного в структуру модели колебательного звена, присутствующего в усилиях на штоке амортизатора и в ускорениях на кузове и обеспечивающего необходимую передаточную характеристику амортизатора и, следовательно, требуемые значения усилий в нем на высоких частотах. Поэтому рассматривался частотный диапазон до 30 Гц. Расхождения расчетных значений динамических характеристик и экспериментально наблюдаемых такие же, как и для структуры «к» с фильтром.

S(F) Н 2 с Рисунок 8. – Результаты экспериментальных и расчетных исследований подвески для структуры «д» с дополнительным колебательным звеном модели амортизатора а – спектры вертикальных ускорений кузова в районе крепления передней гидроамортизационной стойки; б – спектры вертикальных ускорений кузова в районе крепления задней гидроамортизационной стойки; в – спектры усилий в пружине; г – спектры усилий на штоке амортизатора: 1 – экспериментальные; 2 – расчетные со стандартной структурой модели амортизатора; 3 – расчетные со структурой «д» модели амортизатора Четвертая глава содержит интерпретацию произведенных исследований.

Проведенный анализ результатов моделирования, полученных в предыдущих главах, показал, что применение предлагаемых структур модели «к» и «д» для гидравлического амортизатора, позволяет добиться точного воспроизведения усилия в амортизаторе на высоких частотах за счет уменьшения передаточной характеристики амортизатора (она стала не прямой, а со значительным уменьшением на высоких частотах) и реализации фазового сдвига в высокочастотной области. Таким образом, предложенная модель амортизатора адекватно описывает усилие в нем для диапазона частот 0,9…22,4 Гц. При этом расхождения с экспериментом на стойках в высокочастотной области значительно увеличились (ускорения стали меньше), достигнув на передних стойках до 70 %. На основании этого факта можно сделать важный вывод: стандартная структура модели амортизатора, которая дает большие усилия в высокочастотной части спектра (передаточная функция такой характеристики является практически постоянной величиной), передает также большие ускорения на подрессоренную часть АТС – кузов, тем самым серьезно искажая истинную картину природы возникновения ускорений на стойках. По всей видимости, сам кузов, рассматривавшийся при моделировании как абсолютное твердое тело, на самом деле вносит значительный вклад в вибрационный фон колебаний на высоких частотах (свыше 10 Гц). Учет конечной жесткости несущей конструкции АТС позволит получить точную картину спектров ускорений на кузове.

Предложены возможные варианты объяснения физических процессов, имеющих место в амортизаторе при типичных условиях эксплуатации, на основе анализа полученных фазовых, передаточных характеристик и выходных характеристик подвески:

несогласованная по времени работа клапанной системы (открытие и закрытие клапанов происходит в последовательности, отличающейся от закладываемой) на высоких частотах, вызывающая фазовый «скачок» в характеристике амортизатора;

аэрация амортизационной жидкости, вызывающая значительное ослабление демпфирования в высокочастотной области.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Произведенный анализ существующих современных математических моделей гидравлического амортизатора выявил их ограничения и недостатки для описания поведения гасителя в высокочастотной области колебаний.

2. В ходе исследований разработана уточненная модель гидравлического амортизатора на основе двух предлагаемых структур: с дополнительным колебательным звеном и с фильтром, позволяющая учесть особенности работы амортизатора на высоких частотах.

3. Разработана пространственная многомассовая математическая модель легкового АТС на основе его массово-геометрических и технических характеристик, включающая в себя кузов, систему подрессоривания, рулевое управление, которая позволяет получить адекватные характеристики нагружения элементов кузова со стороны подвески в широком частотном диапазоне.

4. В результате идентификации разработанных моделей АТС и гидравлического амортизатора, проведенной на основе экспериментальных данных, установлено следующее:

4.1 Достоверность оценки по величине среднеквадратичного отклонения амплитуды усилий, передаваемых на кузов со стороны системы подрессоривания, выросла в 5…10 раз по сравнению с моделями со стандартной структурой.

При этом расхождение результатов моделирования и эксперимента не превышают 30 %.

4.2 В высокочастотной части спектра расчетные значения среднеквадратичного отклонения величины ускорений в районе крепления стоек значительно меньше экспериментально наблюдаемых (до 70 %).

4.3 Расхождения расчетных и экспериментальных значений среднеквадратичных отклонений для величин ускорений на ступице и в низкочастотной части спектра на кузове не превышают 30 %.

5. Для оценки эффективности работы гидравлического амортизатора в частотной области предложена методика на основе передаточных и фазовых характеристик, которая позволила выбрать требуемые структуры модели гасителя и выявить особенности его работы.

6. Анализ полученных результатов исследования модели АТС с использованием предлагаемых структур модели гидравлического амортизатора выявил особенности работы гидравлического амортизатора в частотной области, которые необходимо учитывать при совершенствовании гасителей и необходимость учета конечной жесткости кузова и его собственных форм колебаний для полного исследования вибронапряженного и вибронагруженного состояния элементов несущих конструкций АТС.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Горобцов, А.С. Математическая модель гидравлического амортизатора транспортного средства для частотного диапазона 0,8... 22 Гц / А.С. Горобцов, Ан.В.

Подзоров // Изв. ВолгГТУ. Серия "Наземные транспортные системы": межвуз. сб.

науч. ст. Вып. 2 / ВолгГТУ. - Волгоград, 2007. - № 8. - C. 104-106.

2. Подзоров, Ан.В. Математическая модель подвески легкового автомобиля для широкого частотного диапазона / Ан.В. Подзоров, А.С. Горобцов // XII региональная конференция молодых исследователей Волгогр. обл., г. Волгоград, 13-16 нояб.

2007 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2008. - C. 69-71.

3. Горобцов, А.С. Представление подвески легкового транспортного средства в системе моделирования "ФРУНД" / А.С. Горобцов, Ан.В. Подзоров // Изв. ВолгГТУ.

Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах»: межвуз. сб. науч. ст. Вып. 4 / ВолгГТУ. - Волгоград, 2008. - № 2. - C. 8-10.

4. Подзоров, Ан.В. Математическая модель гидравлического амортизатора для частотного диапазона 0,8...22 Гц / Ан.В. Подзоров, А.С. Горобцов // Шестые Окунёвские чтения : матер. докл. междунар. конф., С.-Петербург, 23-27 июня 2008 г. В т. Т. 2 / Балт. гос. техн. ун-т [и др.]. - СПб., 2008. - C. 40-42.

5. Подзоров, Ан.В. Модель частотно-зависимой характеристики гидравлического амортизатора в составе транспортного средства / Ан.В. Подзоров, А.С. Горобцов // XIII региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 11-14 нояб. 2008 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2009. C. 77-80.

6. Горобцов, А.С. Особенности моделирования гидравлического демпфера при случайном кинематическом возмущении / А.С. Горобцов, Ан.В. Подзоров // Компьютерное моделирование в железнодорожном транспорте: вопросы динамики, прочности и износа: сб. тез. науч.-техн. семинара, г. Брянск, 9-12 февр. 2009 г. / БГТУ, Лаборатория "Вычислительная механика". - Брянск, 2009. - C. 21-22.

7. Горобцов, А.С. Математическая модель частотно-зависимой характеристики гидравлического амортизатора / А.С. Горобцов, Ан.В. Подзоров // Автомобильная промышленность. - 2009. - № 7. - C. 18-20.

8. Горобцов, А.С. Моделирование подвески транспортного средства с частотнозависимым амортизатором / А.С. Горобцов, Ан.В. Подзоров // Проектирование колёсных машин : матер. всерос. науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию факультета "Специальное машиностроение" МГТУ им. Н.Э. Баумана (21-22 мая 2008 г.) / ГОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". - М., 2010. - C. 30-31.

Личный вклад автора. В работах [1-8] автор принимал непосредственное участие в постановке задач, проведении исследований и обсуждений полученных результатов. Автором произведена проработка новейших иностранных и отечественных литературных источников. Им разработаны модели стойки и полной модели АТС, проведен подбор параметров моделей.

Подписано в печать 2010 г. Заказ №. Тираж 100 экз. Формат 60 х 84 1/ Волгоградского государственного технического университета

 
Похожие работы:

«Ковальков Алексей Александрович ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН НА ОСНОВЕ СПИРОИДНЫХ ПЕРЕДАЧ С УЧЕТОМ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РАБОТЫ Специальность 05.05.04 - “Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины” Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2006 Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Анферов Валерий...»

«Легкий Николай Михайлович ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ УСТРОЙСТВ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ Специальность 05.02.22 Организация производства (в области радиоэлектроники) Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва 2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический...»

«ФЕДОРОВ ВЯЧЕСЛАВ СЕРГЕЕВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА И АГРЕГАТА ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ НЕЗАТВЕРДЕВШИХ БЕТОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск 2011 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Братский государственный университет Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Мамаев Л.А. Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор Ереско С.П....»

«ШАЛЫГИН МИХАИЛ ГЕННАДЬЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ТОРЦОВЫХ ПАР ТРЕНИЯ БИТУМНЫХ ШЕСТЕРЕННЫХ НАСОСОВ Специальность 05.02.04 – Трение и износ в машинах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Брянск – 2010 2 Работа выполнена на кафедре Управление качеством, стандартизация и метрология ГОУ ВПО Брянский государственный технический университет доктор технических наук, профессор Научный руководитель Горленко Олег Александрович доктор...»

«Дрыгин Михаил Юрьевич РАЗРАБОТКА СТАЦИОНАРНОГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОДНОКОВШОВЫХ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ Специальность 05.05.06- Горные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово - 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева Научный руководитель : доктор...»

«ЗВЕРЕВ ЕГОР АЛЕКСАНДРОВИЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА МАРКИ ПГ-С27 Специальность: 05.02.07 – технология и оборудование механической и физико-технической обработки А в то р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный...»

«ФЕДОРОВ БОРИС ВЛАДИМИРОВИЧ Разработка комплекса технических средств для сооружения и освоения технологических скважин 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Республика Казахстан Алматы, 2010 Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева. Научный консультант заслуженный деятель РК, академик НАН РК доктор технических наук, профессор, Ракишев Б.Р. Официальные...»

«МЕЩЕРИН ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ СИСТЕМНО-СТРАТЕГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПУТЕЙ ДИВЕРСИФИКАЦИИ ПОСТАВОК ПРИРОДНОГО ГАЗА Специальности: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в нефтяной и газовой промышленности) 05.02.22 – Организация производства (в нефтяной и газовой промышленности) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва - 2012 Работа выполнена в Открытом акционерном обществе Газпром (ОАО Газпром) Научный консультант :...»

«Крайников Александр Вячеславович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕМОНТЕ ЛОПАТОК ТВД ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ С ЖАРОСТОЙКИМИ ПОКРЫТИЯМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИЛЬНОТОЧНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ Специальность: 05. 07. 05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 г. Работа выполнена в ОАО ММП имени В.В....»

«БАЛАБИН Валентин Николаевич НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ПРИВОДОВ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКОМОТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Специальность: 05.02.02 — Машиноведение, системы приводов и детали машин; Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Москва, 2010 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения...»

«Летучев Сергей Федорович РАЗРАБОТКА ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ МЕНЕДЖМЕНТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОЦЕССНОГО ИНЖИНИРИНГА Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук МОСКВА 2012 2 Диссертационная работа выполнена на кафедре Технологические основы радиоэлектроники Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики....»

«Лыков Алексей Викторович ВЫБОР И РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК УТИЛИЗАЦИОННОЙ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Пирогов Дмитрий Андреевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ВЫРАВНИВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ НИТЕЙ ОСНОВЫ ПО ШИРИНЕ ЗАПРАВКИ НА МЕТАЛЛОТКАЦКИХ СТАНКАХ ТИПА СТР Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иваново - 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ивановская государственная...»

«Огневенко Евгений Сергеевич ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ ПУТЕМ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА СВЕРЛЕНИЯ Специальности: 05.02.08 – Технология машиностроения, 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И...»

«Бобрышев Артур Дмитриевич ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ОРГАНИЗАЦИОННОГО МЕХАНИЗМА В ЦЕЛЯХ СОЗДАНИЯ УСТОЙЧИВОЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ КОМПАНИИ Специальность 05.02.22 – Организация производства в промышленности (экономические наук и) Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора экономических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре организации управления, собственности и предпринимательства Государственного образовательного учреждения высшего профессионального...»

«Веселов Сергей Викторович ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПОКРЫТИЙ НА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СЛОЕВ 05.02.01 – Материаловедение (в машиностроении) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск - 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный руководитель : кандидат технических...»

«Деменцев Кирилл Иванович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СВАРОЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА ЗА СЧЕТ МОДУЛЯЦИИ СВАРОЧНОГО ТОКА Специальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент КНЯЗЬКОВ Анатолий Федорович...»

«Демьянова Елена Владимировна РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ПЛОСКИХ УПЛОТНЕНИЙ В СТЫК СОЕДИНЕНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ковровская государственная технологическая...»

«Шилин Максим Андреевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТУПЕНЕЙ ГАЗОВЫХ ТУРБИН ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 1 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Брянский государственный технический...»

«Деркачев Виктор Владимирович СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ ДИЗЕЛЯ ВЫБОРОМ СПОСОБА ПОДАЧИ АНТИДЫМНЫХ ПРИСАДОК 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2011 1 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова Научный руководитель : Заслуженный изобретатель...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.