Романов Александр Анатольевич. Моделирование колебательных процессов при движении специализированных колесных транспортных средств для автоматизированных систем стабилизации

Краткое описание

ГОУ ВПО «МАТИ» - Российский государственный технологический университет
им К.Э. Циолковского
На правах рукописи Романов Александр Анатольевич
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ДВИЖЕНИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ КОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ
Специальность. 05.13.18/ «Математическое моделирование, численные методы и
комплексы программ»
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель' доктор технических наук, профессор Черняев А.В.
Москва - 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

6

ВВЕДЕНИЕ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).
1.1. Анализ колебательных процессов при создании систем информационной
поддержки управления качеством
специализированных колесных транспортных
средств 12
1.2. Обзор существующих теорий возникновения
паразитных колебательных процессов при движении специализированных колесных транспортных средств 17
1.2.1 Основные теории возникновения паразитных
автоколебаний 17
1.2.2. Методы борьбы с паразитными колебаниями
и стабилизации движения СТС 21
1.3. Математические модели и расчётные методы
анализа динамики специализированных колесных транспортных средств 26
1.4. Выбор направления и задач исследования. 38
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ДВИЖЕНИИ ПОЛНОПРИВОДНЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ. 41
2.1. Обоснование и выбор базовых методов моделирования
2.2 Анализ влияния мощности двигателя на возможность возбуждения автоколебаний в ходовой части машины
2.3 Математическая модель подсистемы «двигатель-трансмиссия» при поступательном движении СТС
2.4 Математическая модель вертикальных и угловых колебаний в продольной плоскости при движении СТС
2.4.1 Модель формирования функций моментов сцепления ведущих колёс с опорной поверхностью
2.4.2 Модель формирования нагрузки
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫХ
ПРОЦЕССОВ ПРИ ДВИЖЕНИИ
СПЕЦИАЛИЗИРОВАНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВ,
3.1. Алгоритм функционирования комплексной
математической модели колебательных
процессов при движении СТС
3.3 Экспериментальное исследование
колебательных процессов в динамической системе опытного образца специализированного транспортного средства
3.3.1 Методика экспериментальных исследований

3.3.2. Экспериментальные исследования влияния

3.4

некоторых конструктивных факторов на автоколебательные процессы. 87 Верификация и определение адекватности предложенных моделей. 94

3.5

Статистическое моделирование влияния факторов на склонность СТС к возбуждению колебаний
99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И

ВЫВОДЫ

107

ЛИТЕРАТУРА

111

ПРИЛОЖЕНИЯ

121

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
На основании результатов проведенного моделирования, вычислительных и экспериментальных исследований опытных моделей СТС схемы 4 х 4 с колесами одинакового размера можно сформулировать следующие выводы:
I. Разработаны математическая модель, алгоритм и программное * обеспечение для расчетов на ЭВМ задач о колебательных процессах
колесных СТС схемы 4x4, позволяющие комплексно исследователь вопросы тяговой динамики, плавности хода, динамической
нагруженности трансмиссии, а так же оценивать склонность машины к возбуждению паразитных автоколебаний. Основным отличием
разработанной модели от имеющихся является оригинальный учет неголономной связи шина - грунт” при рассмотрении совместных колебаний разветвленной трансмиссии полноприводной машины и ее остова.
I 2. Установлено, что удельная тяговая характеристика полноприводного
колесного СТС при его движении по твердому основанию имеет перегиб, причем частная производная по буксованию меняет знак с положительного на отрицательный. Процесс возбуждения паразитных автоколебаний начинает развиваться в окрестностях точки этого экстремума.
3. Показано, что частоты колебаний остова и трансмиссии в процессе развития и установления автоколебательных процессов по своим значениям близки между собой и определяются в основном
I собственными частотами вертикальных колебаний машины.
4. Установлено, что на возникновение процессов автоколебаний
практически не оказывают влияния такие конструктивные характеристики СТС, как тип межосевого привода, наличие системы
подрессоривания, тип рамы машины. Склонность СТС к возбуждению автоколебательных процессов определяется, в основном,
сбалансированностью комплекса конструктивных параметров машины, жесткостных показателей ее подвески, трансмиссии и шин.
5. Методами статистического моделирования с применением теории планирования эксперимента выявлено определен характер функции склонности машины к возбуждению автоколебаний в зависимости от
* ряда безразмерных комплексных факторов (парциальных частот ходовой
системы, собственной частоты колебаний трансмиссии и коэффициента распределения масс СТС).
6. Экспериментально подтверждена адекватность предложенной математической модели, описывающей процесс автоколебаний применительно к СТС различных классов и компоновок. Процессы возбуждения автоколебаний были экспериментально установлены для тех же сочетаний параметров трансмиссии, подвески и шин, при которых этот процесс был предсказан моделированием и результатами
I вычислительных экспериментов.
7. Результатами моделирования и исследования опытных образцов СТС установлено, что при изменении обобщенного показателя - декремента колебаний от -0.18 до 103 потери мощности двигателя, затрачиваемые на генерацию колебаний в ходовой части могут возрастать почти десятикратно на режиме максимальных тяговых нагрузок. При этом относительное снижение потенциального КПД СТС может достигать 20%, а на режиме ординарной тяги - 10%. Дополнительно подтверждена нежелательность совпадения низшей собственной частоты крутильных
I колебаний трансмиссии и парциальных частот остова машины.
На основе предложенных моделей был разработан комплекс алгоритмического и программного обеспечения, набор базовых