автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка научных методов прогнозирования эксплуатационных свойств сочлененных наземных транспортно-технологических машин

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцин

БАЖЕНОВ ЕВГЕНИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОЧЛЕНЁННЫХ НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 7 ОЕЭ 2011

Екатеринбург, 2011

4854355

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.П. Ельцина»

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор

- доктор технических наук, профессор

- доктор технических наук,доцент

Беликов И.И.

(НГТУ им. Р.Е.Алексеева, г. Н.Новгород) Филькин U.M. (ИжГТУ, г. Ижевск) Сарач Е.Б.

(МГТУ им. Н.Э.Баумана, г. Москва)

Ведущая организация

СКБ «Трансмаш-спецтехника» (Екатеринбург)

Защита состоится « ^ » M&firpQ 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603600, Нижний Новгород, ГСП-41, ул. Минина, 24, Первый учебный корпус, ауд. 1258

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета

Автореферат разослан « ^ ^ » tfttoti2011 г.

Отзыв на автореферат с подписью, заверенной печатью организации, просим направить в адрес учёного секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Л.Н. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное машиностроение характеризуется установившейся тенденцией улучшения эксплуатационных свойств как вновь проектируемых, так и модернизируемых машин. С одной стороны, это является следствием жесткой конкуренции на мировом товарном рынке, а с другой стороны, что наиболее важно, обусловлено пониманием в обществе проблемы конечности сырьевых ресурсов и необходимости разумного отношения к природе и окружающей среде.

Работа транспортно-технологических машин в некоторых отраслях экономики весьма специфична. Это связано с их эксплуатацией на временных дорогах или в условиях бездорожья. В лесной промышленности, например, эксплуатация транспортных и технологических систем происходит, в основном, на упрощенных временных дорогах, которые составляют около 40 % лесовозных дорог всех типов. В сельском хозяйстве удельный вес транспортных работ в годовой занятости колесных тракторов превышает 50% и большая часть их приходится на временные дорога, полевые условия и т.п. При неблагоприятных погодных условиях, особенно в зонах «рискованного земледелия», такие дороги становятся существенным препятствием при транспортировке продукции.

Появление новых, более энергонасыщенных многооперационных машин позволяет механизировать большинство работ в отраслях лесного, сельского хозяйства, нефтегазового и горнодобывающего комплексов и других направлениях экономики. Применение полноприводных транспортных и транспортно-технологических систем на основе активизации прицепного состава является одним из перспективных направлений в решении многих задач, возникающих при эксплуатации транспортных и технологических комплексов в условиях зимних дорог, грунтовых дорог в период распутицы и др.

Понятие «сочлененная транспортная система» (СТС) весьма широко и включает в себя целый спектр транспортных, технологических и транспортно-технологических машин, имеющих, как минимум, две секции, соединенные между собой шарниром с одной или более степенями свободы. Кроме того, некоторые СТС имеют специфическую конструкцию рулевого управления. Распределение силового потока от источника энергии между тяговой и прицепной (технологической) секциями СТС ведет к созданию отдельного класса машин-активных сочлененных транспортных систем (АСТС). Частный, но довольно широко распространенный случай АСТС, - автопоезда с активными прицепами (ААП).

Применение АСТС и ААП в отраслях сельского хозяйства, лесного, нефтегазового комплексов и других сырьевых отраслях экономики дает возможность создания широкого диапазона транспортных и технологических систем.

Таким образом, проблемы улучшения эксплуатационных свойств транспортных и технологических систем относятся к одним из основных в машиностроении. Их решение должно вестись по различным направлениям: увеличение производительности, повышение экономических и улучшение экологических показателей, повышение эксплуатационной надежности, усовершенствование и автоматизация систем управления транспортными системами и целый комплекс других работ теоретической и экспериментальной направленности.

В настоящее время большинство исследований АСТС носят частный характер и направлены на теоретическое и экспериментальное изучение динамических процессов, происходящих в них при характерных условиях эксплуатации. Вместе с тем, исследуются уже разработанные экспериментальные образцы конструкций.

В связи с этим возникает потребность обобщения теоретических и экспериментальных исследований и дальнейшего развития данного научного направления. Это позволит на ранней стадии проектирования, когда отсутствует опытный образец, обосновать выбор технического решения, провести поиск наиболее рациональной конструкции и, как следствие, существенно уменьшить временные и материальные затраты на проецирование, экспери-

ментальные исследования и изготовление опытной партии машин. Дополнительный экономический эффект, как правило, более существенный в сравнении с эффектом за время разработки и постановки изделия на производство, получается от реализации в конструкциях машин оптимальных конструктивных и энергетических параметров и характеристик.

В настоящее время можно выделить две проблемы:

- проблема сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса: повышение эффективности транспортной и транспортно-технологических операций, в том числе, машин двойного назначения;

- проблема научная: прогнозирование показателей эффективности транспортных, транспортно-технологических машин и машин двойного назначения на этапе проектирования и сокращение сроков доводочных испытаний.

Таким образом, создание перспективных шасси на базе сочленённых транспортных систем позволяет решить проблему повышения эффективности транспортной и транспорт-но-технологических операций в сырьевых, добывающих отраслях экономики и оборонного комплекса.

В связи с этим, работы, связанные с созданием новых конструктивных композиций, совершенствованием их систем, с определением рационального соотношения силовых потоков, распределяемых между движителями секций АСТС, увеличением подвижности в настоящее время являются для экономики актуальными.

Цель работы - теоретическое и экспериментальное обоснование комплексных методов прогнозирования эксплуатационных свойств наземных транспортно-технологических машин для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса.

Для достижения намеченной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- обоснование и разработка основных принципов создания перспективных шасси на базе АСТС для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса;

- обоснование модульного принципа формирования ансамбля машин на базе АСТС для добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса;

- создание комплексной математической модели криволинейного движения длиннобаз-ной АСТС в статистически заданных условиях эксплуатации;

- создание математической модели криволинейного движения гусеничной АСТС, имеющей узел сочленения с тремя степенями свободы;

- разработка метода оценки рекуперативного нагружения в замкнутом контуре «движитель первой секции - силовая передача - движитель второй секции - опорная поверхность» АСТС;

- разработка метода распределения силовых потоков между ведущими звеньями АСТС, основанного на стохастическом подходе к оценке проходимости транспортных систем;

- создание комплексной математической модели движения корпусов АСТС при импульсном воздействии от технологического оборудования.

Научная новизна

1. Впервые на основании методов системного анализа научно обоснована многокомплектная схема компоновки транспортно-технологических машин для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса.

2. Впервые предложен модульный принцип формирования шасси для добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса.

3. Создана новая математическая модель, позволяющая прогнозировать эффективность и анализировать экспериментальные данные при исследовании движения колёсных длиннобазных и гусеничных АСТС в статистически заданных дорожных условиях, отличающаяся тем, что учитывает криволинейное движение и возможность применения мно-

некомплектной компоновки машины.

4. Создан новый алгоритм распределения силового потока между секциями многокомплектной АСТС, отличающийся тем, что величина силового потока, подводимого к движителям, зависит от дорожных условий и кинематического рассогласования.

5. Впервые создана математическая модель и получена методика прогнозирования движения корпусов многокомплектной АСТС двойного назначения при импульсном внешнем воздействии от технологического оборудования.

6. Значительное сокращение объема доводочных испытаний разрабатываемых машин за счет использования имитационного моделирования.

Объект исследований. Активная сочленённая транспортная система.

Методы исследований. В основе исследований лежит методология системного анализа. В теоретических исследованиях решение поставленных задач базируется на основных положениях аналитической механики, математической статистики, численных методах решения дифференциальных уравнений, методах математического моделирования и оптимизации параметров, методах объектно-ориентированного программирования, теории случайных процессов, нечетких множеств, с использованием ЭВМ в среде EXEL и PYTHON. Экспериментальные исследования проводились с применением теории математического планирования эксперимента, методов физического моделирования и теории подобия, с использованием ЭВМ, на серийно выпускаемых машинах в дорожных условиях и макетных образцах с использованием современных измерительных средств.

Квалификационная формула. Диссертационная работа является самостоятельной завершенной научной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены положения, которые можно квалифицировать как совокупность научно обоснованных технических решений, заключающихся в обосновании и разработке основных принципов создания сочленённых транспортных, транспортно-технологических машин для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса. Полученные результаты и рекомендации могут быть использованы при выборе рационального компоновочного решения перспективных шасси для эксплуатации в тяжёлых дорожных условиях, а также при определении основных параметров и технических решений на стадии их проектирования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основывается на теоретических и экспериментальных исследованиях динамики АСТС, имеющих гусеничный и колесный движитель, на проверенных в экспериментальных условиях методах объектно-ориентированного и имитационного моделирования, теории случайных процессов и нечеткой логики, правильным выбором методов измерений и составлением измерительных систем, правильным учетом погрешностей элементов измерительных схем, результатами сопоставления теоретических исследований с данными экспериментов в лабораторных и производственных условиях.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Теоретические разработки:

- обоснование многокомплектной компоновки и модульного принципа формирования шасси транспортных и транспортно-технологических систем;

- математические модели, позволяющие прогнозировать эффективность и анализировать экспериментальные данные при исследовании криволинейного движения колёсных длиннобазных и гусеничных АСТС в статистически заданных дорожных условиях;

- математическая модель движения подрессоренных корпусов АСТС военных гусеничных машин при импульсном внешнем воздействии.

2. Научно-методические разработки:

- метод распределения силового потока между секциями многокомплектной АСТС;

- метод прогнозирования движения корпусов многокомплектной АСТС двойного назначения при импульсном внешнем воздействии от технологического оборудования.

3. Научно-технические разработки:

- обоснованные по результатам исследований практические рекомендации, направленные на повышение эффективности сочленённых транспортных и транспортно-технологических систем и машин двойного назначения.

Практическая ценность работы заключается в разработке:

- алгоритмов и программного комплекса для исследования скоростных свойств и динамики АСТС при движении в статистически заданных условиях;

- программного комплекса для исследования поведения АСТС во время движения по местности;

- программного комплекса для исследования поведения АСТС при импульсном внешнем воздействии.

Реализация результатов работы проведена в СКБ «Трансмаш-спецтехника» ОАО «Ураптрансмаш», ОАО «Специальное конструкторское бюро машиностроения»» г. Курган, ОАО «ЦНИИ Буревестник» г. Нижний Новгород, ОАО «Строймашпроект» г. Екатеринбург при проектировании подвесок сочлененных машин и ходовых частей самоходных артиллерийских установок, в ГОУ ВПО УрФУ (г. Екатеринбург) и МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва) при проведении учебного процесса, связанного с подготовкой инженеров по специальности «Многоцелевые гусеничные и колесные машины».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 12 конференциях, в том числе, на всероссийских конференциях МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2004 - 2009 годы), всероссийских конференциях «Проблемы и достижения авто-транспорпюго комплекса (Екатеринбург, 2001 - 2010 годы), всероссийских конференциях НГТУ (Нижний Новгород).

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 2 монографии, 1 учебное пособие, 48 статей в журналах, сборниках и научных изданиях, в том числе 12 - в рекомендованных ВАК для публикации результатов исследований докторских диссертаций, получено 4 патента на изобретения.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка из 165 наименований, приложений. Общий объём работы 320 страниц, из них основной текст изложен на 300 страницах, 116 рисунков, 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Показаны состояние и перспективы развития сочленённых транспортных систем, обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель и определена научная новизна работы.

Первая глава. Приведён обзор и анализ методов повышения эффективности транспортных и транспортно-технологических систем, сформулированы задачи исследований. Проанализированы эксплуатационные свойства транспортных систем, определены параметры их эффективности. Рассмотрено влияние активизации прицепного состава транспортных систем на повышение их эффективности. На основе системного подхода к анализу технических систем предложен модульный принцип синтеза транспортных и технологических машин. Транспортная машина рассматривается как система, предназначенная для эксплуатации преимущественно на бездорожье, временных -дорогах или дорогах в неудовлетворительном состоянии. Такие дорожные условия ограничивают перемещение транспортной

системы как по опорно-сцепным, так и тягово-скоростным свойствам. Из всего комплекса эксплуатационных свойств, наиболее характерных для транспортных систем в добывающих отраслях и машин двойного назначения, целесообразно принять к более детальному рассмотрению подвижность (комплексное свойство АСТС, характеризующее ее способность передвю/сения в заданных внешних условиях) и колебательные процессы корпуса машины при импульсном воздействии со стороны технологического оборудования. Эти эксплуатационные свойства будут наиболее полно характеризовать эффективность транспортно-технологического процесса, выполняемого транспортной или транспортно-технологической машиной.

Эффективность транспортной операции зависит от скорости передвижения транспортной системы и величины перевозимого ею груза. Увеличение нагрузки на транспортные системы ведёт к необходимости увеличения опорной поверхности движителя, так как существуют ограничения допустимого давления на грунт. Но и увеличение опорной поверхности ограничивается габаритными показателями. Обеспечение требуемых эксплуатационных характеристик при существующих массовых, габаритных и функциональных ограничениях, характерных, прежде всего, для транспортных и транспортно-технологических машин, имеет значительные проблемы:

- существенное увеличение грузоподъёмности транспортных систем и увеличении нагрузки на движители ограничиваются низкой несущей способностью временных дорог и грунтов;

- потребность в увеличении манёвренности транспортно-технологических систем;

- увеличение скорости движения и повышение энергонасыщенности транспортных и транспортно-технологических систем.

Системный анализ предусматривает два пути совершенствования конструктивных решений транспортных систем: параметрический и структурный (рис.1).

Рис. 1. Системный подход к объекту исследования

Параметрическое совершенствование конструкции не всегда ведёт к требуемому результату. Более результативным является структурное изменение конструкции транспортных систем.

В данном случае для решения проблемы наиболее рациональным является использование двухзвенной (или двухкомплектной, или двухсекционной, или многокомплектной) бхемы шасси - сочлененной транспортной системы.

АСТС имеют следующие преимущества перед одиночными машинами:

- возможность обеспечения высоких тягово-сцепных показателей;

- наилучшие показатели профильной проходимости, хорошая приспосабливаемост секций к рельефу местности в поперечной плоскости (вследствие этого, более равномерное распределение вертикальных нагрузок по длине опорной поверхности);

- снижение потерь мощности при повороте за счет осуществления его путем складывания секций;

- большая площадь реализации тяговых сил на грунте;

- возможность принудительного складывания секций в вертикальной плоскости, чт создает дополнительную возможность преодоления сильно деформируемых грунтов и естественных препятствий на местности;

- значительное увеличение устойчивости положения при использовании грузоподъёмного технологического оборудования и устойчивости движения при маневрировании.

В работе рассмотрено влияние активизации прицепного состава АСТС на повышение эффективности транспортной и транспортно-технологической операции. Для этого приведён анализ показателей, характеризующих проходимость и эффективность транспортных систем, представлен ориентированный граф состояний активной сочленённой транспортной системы. Граф состояний АСТС позволяет формализовать различные режимы движения при изменении кинематического рассогласования между секциями, изменение дорожных условий и используется для анализа взаимодействия между секциями АСТС при различных режимах движения в различных дорожных условиях. Анализ позволяет формализовать различные случаи взаимодействия секций АСТС.

Полученные в результате кинематических и динамических исследований данные используются в дальнейшем при создании алгоритма распределения силового потока между секциями АСТС.

Проходимость АСТС зависит от степени активизации движителей системы. Предложена номограмма, позволяющая определить параметр проходимости транспортной системы в зависимости от коэффициента сцепного веса на различных типах опорной поверхности.

Приведена классификация АСТС применительно к различным добывающим отраслям экономики.

На примере горнодобывающей промышленности показано повышение эффективности транспортной операции и снижение металлоёмкости транспортных систем на сверхглубоких открытых горных разработках при использовании СТС и АСТС.

Таким образом, современные транспортные и транспортно-технологические системы совершенствуются в двух направлениях

- параметрическом;

- структурном.

С целью выяснения, каким образом существующие теории движения СТС и АСТС по местности позволяют прогнозировать их эксплуатационные свойства, выполнен анализ состояния проблемы, определено, в какой мере существующие теории движения и подрессо-ривания позволяют прогнозировать эксплуатационные свойства ходовой системы АСТС.

Особо следует выделить труды Я.С. Агейкина, П.В. Аксёнова, A.C. Антонова, Д.А. Антонова, В.Г. Анопченко, В.Ф. Бабкова, Л.В. Барахтанова, И.Б. Барского, Г.Б. Безбо-родовой, М.Г. Беккера, В.В. Белякова, И.Н. Бескина, Б.Н. Белоусова, А.К. Бирули, В.П. Бойкова, Н.Ф. Бочарова, Ю.А. Брянского, В.Ф. Васильченкова, С.Г. Вольского, Н.С. Вольской, Дж. Вонга, Г.И. Гладова, А.Ф. Дубровского, В.Г. Зимелёва, В.П. Горячкина, В.А. Грачёва, H.A. Забавникова, В.В. Кацыгина, Л.А. Кемурджиана, М.К. Кристи, В.И. Кнороза, Н.Ф. Кошарного, Г.О. Котиева, В.Н. Кравца, А.П. Куляшова, В.В. Ларина, B.C. Лихачёва, A.C. Литвинова, В.Д. Львова, М.В. Ляшенко, В.Н. Наумова, В.Ф. Платонова, И.П. Петрова,

В.А. Петрушова, A.A. Полуигяна, А.Ф. Полетаева, Ю.В. Пирковского, C.B. Рукавишникова, В.А. Савочкина, Г.А. Смирнова, В.М. Семёнова, В.А. Скотникова, В.П. Тарасика, H.A. Ульянова, Б.С. Фалькевича, Н.М. Филькина, Я.Е. Фаробина, М.П. Чистова, Е.А. Чудакова, Шапкина В.А., В.М. Шарипова, С.А. Шуклина, С.Б. Шухмана, H.H. Яценко и ряда других учёных, внесших вклад в развитие теории движения транспортных машин, научных школ ВНИИ Трансмаш, академии бронетанковых войск, 21 НИИИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Нижегородского ГТУ, 38 НИИИ, ВНИИТрансмаш, Волгоградского ГТУ.

Анализ работ показал, что движение АСТС сопровождается явлениями, не характерными для одиночных колёсных и гусеничных машин. Наличие привода прицепной секции оказывает влияние на геометрические характеристики криволинейного движения из-за возможности появления толкающего усилия в сцепном устройстве или узле сочленения. Толкающее усилие появляется в результате возникновения кинематического рассогласования в приводе движителей. Неизбежным результатом толкающего усилия со стороны второй секции является появление упругого момента в замкнутом контуре «двигатель - трансмиссия -движитель первой секции - движитель второй секции — опорная поверхность». Появление упругого момента в контуре приводит к ситуации, когда на одном из движителей продольная сила будет иметь отрицательный знак. В результате суммарная продольная сила АСТС будет уменьшаться. Это явление особо проявляется у длиннобазных АСТС, например, у активных автопоездов с прицепом-роспуском для перевозки длинномерных грузов (труб и деревьев в лесозаготовительной и нефтегазовой отраслях). Возникает необходимость принудительного, дифференцированного в зависимости от кривизны траектории движения в плане и профиле, характеристик дорожных условий введения кинематического рассогласования для минимизации упругого момента в замкнутом контуре.

Анализ взаимодействий между секциями АСТС позволил установить, что необходимо минимизировать динамические взаимодействия между ними при криволинейном движении, при движении по неровностям и при импульсном воздействии на АСТС от технологического оборудования. Для этой цели в конструкцию узла сочленения необходимо вводить активный упругодемпфирующий элемент, позволяющий поглощать взаимные кратковременные импульсные воздействия. При определённых дорожных условиях активный элемент позволяет сделать связь между секциями жесткой, что даёт возможность рассматривать сочленённую машину как одно целое.

Существующие рекомендации по распределению силовых потоков между движителями транспортной системы не дают достаточно полного представления применительно к АСТС. Необходим алгоритм, позволяющий в процессе движения АСТС дифференцированно осуществлять распределение силовых потоков между движителями секций АСТС. Алгоритм должен базироваться на математической модели движения, учитывающей стохастический характер грунтовых условий и реакций на движителях.

Движение транспортной системы сопровождается явлениями увода колес и их скольжением относительно опорной поверхности. Эти явления более ярко выражены у АСТС, ибо дополнительные усилия взаимовлияния секций, даже частично компенсированные активным упругодемпфирующим элементом, ведут к увеличению коэффициентов скольжения и увода и, как следствие, к изменению параметров движения и снижению эффективности транспортной операции.

Анализ показал, что существует влияние перераспределения реакций со стороны опорной поверхности на величину ведущего момента на движителях АСТС. Существующие математические модели не учитывают распределение нагрузки по длине опорной поверхности гусеничного движителя. Это ведёт к тому, что в дальнейших исследованиях необходимо учитывать динамическое изменение реакций при разгоне и торможении АСТС.

АСТС выполняют как транспортные, так и технологические задачи. Такое применение

АСТС предусматривает расположение на ней различного технологического оборудования. Это подъёмные краны, различные манипуляторы, оборудование оборонного назначения. Работа такого технологического оборудования ведёт к тому, что на подрессоренный корпус машины воздействуют импульсные усилия. В связи с этим появилась необходимость создания математической модели движения корпусов АСТС по шести координатам от импульсного воздействия.

Анализ работ показал, что вопросы работы АСТС изучены недостаточно:

- отсутствуют данные об изменении геометрических характеристик криволинейного движения АСТС;

- существующие теоретические зависимости, описывающие движение АСТС, не учитывают необходимую величину кинематического рассогласования, которую необходимо вводить в привод АСТС и длиннобазных ААП при их движении в различных дорожных условиях;

- отсутствуют исследования и рекомендации по стохастическому подходу к рациональному распределению силовых потоков между движителями секций АСТС;

- в рассмотренных подходах не учитывались скольжение и увод (для колёсных движителей) по опорной поверхности;

- принято равномерное распределение нормальной нагрузки по длине опорной поверхности гусеничного движителя, что является допустимым лишь при исследовании равномерного движения АСТС с малыми скоростями;

- не существуют математические модели, учитывающие наличие дополнительной секции в составе АСТС и имеющие упругодемпфирующую связь с основной машиной;

- не существуют математические модели, учитывающие перемещение по шести координатам корпуса АСТС при импульсном воздействии на него со стороны технологического оборудования под произвольным углом к продольной и поперечной плоскостями машины;

- не рассмотрены такие явления как крен и дифферент машины при выполнении маневров;

- не рассмотрен активный узел сочленения, конструктивные особенности которого влияют на процесс движения подрессоренных масс АСТС при импульсном воздействии от технологического оборудования.

Исследование систем подрессоривания и работы активного узла сочленения, манёвренности, тягово-скоростных свойств и проходимости аналитическими методами весьма затруднительно. Для решения таких задач целесообразно применять имитационное математическое моделирование.

Имитационное математическое моделирование на данный момент является наиболее эффективным методом исследования ходовых свойств АСТС на этапе проектирования.

Анализ состояния теории и практики повышения эффективности АСТС позволил сформулировать новые вопросы, ответ на которые привели к необходимости решения ряда задач для достижения поставленной в работе цели.

На основании анализа методов повышения эффективности транспортных и транспорт-но-технологических систем и формализации процесса их движения сформулированы задачи исследований.

Вторая глава. Приведено обоснование использования СТС и АСТС в добывающих, сырьевых отраслях экономики и оборонном комплексе. Рассмотрены эксплуатационные и потребительские свойства транспортных и транспортно-технологических систем для добывающих отраслей экономики.

Структурное изменение конструкции СТС и АСТС позволяет осуществить модульный принцип формирования транспортных и технологических систем.

Многие технологические операции, например, в сельском хозяйстве, выполняются не одновременно, а в зависимости от специфики технологического процесса имеют определённую последовательность. В этом случае нецелесообразно иметь специальные технологические машины, имеющие силовые установки. Многие технологические операции выполняются в течение 10-12 дней в году, а содержание силовых установок предусматривает наличие в штате предприятия специально подготовленных специалистов, наличие расходных материалов, оборудования для технического обслуживания и т.п.

Модульный принцип построения ансамбля машин предусматривает наличие одного энергетического модуля, который, в зависимости от выполняемой технологической операции, соединяется с соответствующим технологическим модулем (рис.2).

Подобные компоновочные решения могут успешно применяться как в лесной и горнодобывающей отраслях, так и в оборонном комплексе.

Приведена классификация сочленённых транспортных систем применительно к добывающим, сырьевым отраслям экономики и оборонному комплексу. Рассмотрена возможность применения СТС и АС'ГС в этих направлениях. Расчёты показали, что применение СТС и АСТС на открытых глубоких и сверхглубоких разработках позволяет значительно снизить металлоёмкость транспортной системы.

ПосеЕная секция

Пролашная I секция

Уборочная секция

\

Энергетический модуль

Транспортная секция

Культивационная секция

Другие

Рис. 2. Модульный принцип синтеза ансамбля машин для сельского хозяйства

Кроме того, применение АСТС позволяет изменить структуру технологических операций. Аналогичные результаты получены в сельском хозяйстве и лесозаготовительной промышленности.

В оборонном комплексе применение АСТС позволяет создать принципиально новые платформы для размещения перспективных видов вооружения. Появление новых метательных зарядов позволяет значительно повысить скорострельность и дальность стрельбы в самоходной артиллерии. Самоходные артиллерийские орудия (CAO) предназначены для ведения кратковременного (время безопасного нахождения на одной огневой позиции до 1 минуты) высокоинтенсивного огня со сменой огневой позиции. CAO выдвигаются на позицию, ведут высокоинтенсивный огонь по удаленным целям, затем направляются на другую позицию прежде, чем противник сможет открыть ответный огонь. С ростом автоматизации управления огнем современной артиллерии и повсеместным внедрением радиолокационных средств разведки обнаружения огневых позиций время реакции артиллерии противника в составе разведывательно-огневых систем, действующих в режиме реального времени, и соответственно время безопасного нахождения CAO на огневой позиции значительно сокращается. Поэтому, средством для преодоления данных проблем является создание

CAO с принципиально новыми, нетрадиционными конструктивно-компоновочными схемами, обеспечивающими значительный рост подвижности и огневой мощи (и, соответственно, уменьшение времени нахождения CAO на огневой позиции).

Базовой компоновкой в таком случае считается артиллерийская установка в составе с машиной заряжания. Например, экспериментальная машина «Коалиция - СВ» на базе CAO 2С19 «МСТА-С» в составе с проектной ТЗМ (Уралтраисмаш, г. Екатеринбург). Такая базовая компоновка сочленённой самоходной артиллерийской установки (ССАО) состоит из двух отдельных машин, предназначенных для выполнения определенных задач. Каждая из машин имеет силовую установку и экипаж, обе они могут работать как в составе ССАО, так и самостоятельно.

Принципиально новая платформа не обязательно должна иметь две силовых установи; и два экипажа. Наиболее рациональным и перспективным является использование платформы с одной силовой установкой и одним экипажем. Управление процессом заряжания осуществляется экипажем артиллерийского орудия. Такое решение предполагает создание отдельной конструкции (рис. 3).

Рис. 3. Принципиально новая платформа ССАО

Установка, обеспечивающая выполнение какой-либо задачи, располагается в боевом (технологическом, транспортном) модуле, то есть секции, не имеющей силовой установки, но имеющей привод на движители. Одновременно с этим существует управляющая (энергетическая, силовая) секция, то есть модуль, где располагается силовая установка и экипаж. Модули имеют возможность соединяться при помощи узла сочленения. Узел сочленения позволяет передавать силовой поток от энергетического модуля к технологическому, изменяет взаимное положение модулей для поворота системы и обеспечивает взаимное перемещение модулей в трех степенях свободы. Модульный принцип построения платформы не I ограничивается применением двух секций - боевого модуля и модуля управления.

Применение многокомплектного или многосекциониого принципа создает комплексы с большим боекомплектом, имеющим большую живучесть и подвижность.

Для увеличения огневой мощи и повышения тактической и оперативно-тактической подвижности CAO необходимо создать принципиально новый облик платформы. В наибольшей степени предъявляемым требованиям отвечают многокомплектные сочлененные транспортные системы, позволяющие создавать ансамбль транспортных систем, обеспечивающих боеспособность артиллерийского подразделения.

Таким образом, одним из важнейших резервов повышения эффективности транспортных и транспортно-технологических операций является повышение проходимости и манёвренности, достигаемое созданием структурно иных шасси. В наибольшей степени предъявляемым требованиям соответствуют многокомплектные сочлененные системы, позволяющие создавать ансамбль транспортных и транспортно-технологических машин, обеспечивающих высокую эффективность выполнения производственных задач.

Третья глава. Рассмотрены вопросы разработки математических моделей движения АСТС. На основании классификации, приведённой во второй главе, выбраны три обобщённые схемы АСТС: тяговая (прицепная) (рис. 4, а); опорно-тяговая (седельная) (рис. 4, б); комбинированная (с прицепом роспуском) (рис. 4, в).

м

Рис.. 4. Схемы АСТС:

Необходимость остановиться именно на трех схемах продиктована в первую очередь большим разнообразием возможных методов управления технологической секцией, которые вносят коррективы в расчетные схемы АСТС. Как видно из рассмотренных схем, схема роспуска является обобщающей для прицепной и седельной: при движении АСТС с грузом расчетная схема аналогична седельной схеме; при движении без груза расчетная схема аналогична прицепной схеме. Прицепы-роспуски применяются для перевозки длинномерных грузов: труб в нефтегазовой, деревьев в лесозаготовительной отраслях.

Особенностью перевозки длинномерных грузов является то, что в грузовом направлении усилие со стороны первой секции - тягача (Т) - на прицепное звено передается через груз за счет его трения о коники Т и прицепа (П). Поворот прицепа-роспуска и движение его колёс по траектории, практически не отличающейся от траектории колёс Т, осуществляется посредством крестовой сцепки. Часто кроме крестового тросового механизма поворота прицепа, вместо дышла используется тросовая сцепка. Порожнее движение происходит либо в режиме прицепной схемы (рис. 4, а), либо в режиме погруженного прицепа на тягач.

В качестве колёсной АСТС рассмотрен длиннобазный автопоезд с активным прицепом. У такого автопоезда при движении с грузом между секциями принимается одна степень свободы - относительно оси X. На рис. 5 показана схема сил взаимодействия между секциями ААП. Сила взаимодействия не превышает силу трения между грузом и коником Ря <, • /у, где ц - коэффициент трения материала груза о материал основания коника.

Рис. 5. Схема сил взаимодействия секций ААП при наличии груза на кониках тягача и прицепа

Для формализации процесса криволинейного движения ААП используется уравнение Даламбера-Лагранжа с учётом неголо-номных связей, наложенных на АСТС. Рассмотрим движение первой секции - тягача и второй секции - прицепа обособленно, заменив связь между ними силами взаимодействия и моментами. При выборе расчетной схемы и построении математической модели движения пршмты следующие допущения:

- движение осуществляется по ровной недеформированной поверхности;

- не учитывается отрыв колес от грунта;

- процесс движения происходит без зазоров в сцепке, и ударное взаимодействие звеньев отсутствует;

- при равномерном или ускоренном (замедленном) движении циклическое взаимодействие звеньев заменяется постоянной силой, знак которой зависит от знака кинематического рассогласования;

- упругие колебания груза на этом этапе не учитываются;

- масса груза приведена к центру масс Т и П.

На рис. б и 7 приведены схемы сил, действующих на первую и вторую секции ААП.

Рис. 6. Схема сил, действующих на первую секцию ААП

Движение АСТС с бездифференциальным приводом между секциями сопровождается возникновением упругого момента в замкнутом контуре «трансмиссия - движитель - опорная поверхность». Наличие упругого момента в конечном счете влияет на силу тяги на крюке, по которой можно опосредованно судить о возможности АСТС преодолевать дорожные сопротивления (при изменении типа грунта или уклона дороги) или работать в составе многокомплектной АСТС.

Рис. 7. Схема сил, действующих на вторую секцию ААП •

Величина упругого момента в замкнутом контуре зависит от величины кинематического рассогласования, возникающего при движении АСТС. Работа с кинематическим рассогласованием - естественное состояние АСТС. К возникновению кинематического рассогласования ведет разный радиус качения ведущих колес, который зависит от многих факторов, в том числе, от величины ведущего момента, подведенного к колесам.

Для анализа причин возникновения кинематического рассогласования оно разбивается на три группы: конструктивное кинематическое рассогласование; рассогласование от криволинейного движения; рассогласование от неровностей пути.

Криволинейность дороги в плане и профиле заставляет элементы АСТС перемещаться с различными относительными скоростями, что также ведет к возникновению кинематического рассогласования. Криволинейное движение АСТС с эластичным колесным движителем сопровождается уводом колес, изменяющим кинематические соотношения траектории АСТС. Изменение радиуса поворота секций АСТС приводит к изменению величины рассогласования. Все перечисленные факторы учитываются при формализации процесса движения.

Для упрощения модели связи представлены в виде детерминированных зависимостей сил бокового увода от второй производной перемещения и сил инерции. В систему введены уравнения состояния, учитывающие скольжение колес АСТС и боковой увод его осей. Сис-

14

темы уравнений для Т (1) и П (2) имеют следующий вид: тг ■ Хв -щ •<2-r-sinr-wr-a-i1 -cosr =

3 2. з

= ZZ5^"^ Fo cosr ' sinr - Fj, • cos(r - ft);

M ¡A W

mT-YB+mT-a-T ■ cos т-тТ-а-т2 • sin г =

3 2

- £ S, cos г - F„r sin(r - )

¡•1

- -mr -a-sinr + ys - -a-cosr + (ma2 +j)r -

+ (F22-F21)62+(F32-F3,)63 J

3 2 3 2 .

ХХУл + л -s •v'.j=-ZSM/v +Mo7c, F-V д

fel J~l i-l y=l

•2

mn-XA-mn d-a-úna-mn d a -cosa =

5 2^. 5

= ES^n^ ^ cosa ■ sinar+F№ • cos(«+y3) -

/=4 /=1 /«4

..2

mn-YA+mn-d-a-cosa~mn-d-a -sina =

5 2

1-4 y-l

5

¿«4

-X¿-mn-d-sma + YA-mn -d-cosa + [mn-d~ +Jnja = = -f¿Mm + (5j -S4)/5 + (F4, -F42)¿>4 -

¡=4 y=l

-PK(,-/4sina +

+ ^/4cosa + (FJ2-F5l)¿.5];

5 2

У

У

(2)

(2)

Кинематический анализ работы ААП показал, что наличие привода прицепной секции ведёт к изменению центров поворота первой и второй секций. Показано изменение углов

15

увода осей АП при наличии привода на движитель прицепной секции. Кинематическое рассогласование в замкнутом кошуре «трансмиссия - ведущие колёса тягача - ведущие колёса прицепа - опорная поверхность», возникающее в случае движения в бездифференциальном режиме, ведёт к возникновению упругого момента в замкнутом контуре. Различают конструктивное кинематическое рассогласование, рассогласование от криволинейного движения, рассогласование от макронеровностей пути. Существование рассогласования ведёт к изменению характера взаимодействия между звеньями АСТС. Рассмотрено изменение сил взаимодействия между секциями при различных вариантах рассогласования и характеристиках дорожных условий. Приведены и формализованы признаки существования в замкнутом кошуре упругого момента.

В качестве гусеничной АСТС рассмотрена двухсекционная машина, имеющая упруго-демпфирующий узел сочленения с тремя степенями свободы и состоящая из базовой машины МСТА-С в комплекте с машиной заряжания, выполненной на той же базе.

Отмечается, что требования, предъявляемые к математической модели, определяются совокупностью задач, связанных с исследованием криволинейного движения, при решении которых должна быть получена необходимая информация о процессе. К числу основных требований можно отнести:

- моделирование движения АСТС должно производиться по шести координатам (трем угловым и трем линейным) для каждой секции;

- модель должна учитывать влияние характеристик ходовой части АСТС на параметры криволинейного движения;

- модель должна быть универсальной (должна учитывать особенности узла сочленения и комплектность машины).

При создании математической модели приняты следующие допущения:

- АСТС движется по ровной недеформируемой поверхности со случайно заданными характеристиками по сцеплению и сопротивлению для первой и второй секций;

- вертикальная реакция опорной поверхности сосредоточена под катками;

- гусеница представлена в виде невесомой нерастяжимой ленты;

- углы колебаний корпусов (продольный и поперечный) секций АСТС малы по сравнению с курсовым углом;

- рассматривается силовое взаимодействие между секциями (машина условно разделена на две секции, взаимодействие между секциями заменено соответствующими силами и моментами).

Расчетная схема при таком подходе имеет вид, представленный на рис. 8. Перемещение рассматривается относительно неподвижной системы координат (ИСК) 0\Х\ У^, связанной с землей. В ней моделируются внешние условия движения АСТС, а точка О| является точкой начала отсчета траектории движения. В качестве полюса выберем точку О, которая является центром масс (ЦМ) тела, и проведем через нее оси двух прямоугольных систем координат - ОХТ2'и ОХУ2. Подвижная система координат (ПСК) ОХУ2 жестко связана с твердым телом. Оси X, У, X проходогг через ЦМ, совпадают с осями симметрии и являются главными осями. Оси ОХТ7.'при движении тела будут перемещаться вместе с полюсом поступательно. Положение тела в системе отсчета О^У^/ будет известно, если известны координаты полюса, т.е. ЦМ и положение тела по отношению к осям ОХЧТ.', определяемое углами Крылова 8, ц/, <р .

Рис. 8. Расчетная схема для определения параметров криволинейного движения гусеничной АСТС Тогда система дифференциальных уравнений в проекции на ПСК, описывающая движение секции будет иметь вид

И X+т ■ {о, V, - ал +¿2;+££ л«* + я,;

1-1 ;-1 1-1

т ■ 7+т ■ (а, ■ V, - ®Л) = О, +¿2 +¿2Рт„ + Я,,

1-1 ;-1 1-1

т■ г +т-{т, V, -)= О, + + ^

ы /-1 I

■Л ■ - Л) ®,-®» = ¿¿^ ■+К 1-1 /-1 1-1 ¿-1

Л • = -¿г+Ццр^Ъ 1а + кгЛ

и 1-1 »-1 /-1

где Р/у - сила сопротивления движению 1-го колесау'-й секции;

- Рт,, - сила взаимодействия между опорной поверхностью и ¿-м колесом _/-й секции;

- Нц - нормальная реакция опорной поверхности под /-м колесом у'-й секции;

- Дг - расстояние от точки контакта катка с беговой дорожкой гусеницы до ЦМ;

- Л - равнодействующие сил в узле сочленения;

- М- моменты в узле сочленения.

Далее определяются силы и моменты сил сопротивления движению, силы взаимодействия между катками и опорной поверхностью. Учитывается скорость увода (скольжения) движителя при криволинейном движении и тип трансмиссии: блокированный, дифференциальный или самоблокирующийся. Значения коэффициентов сцепления, сопротивления задаются генератором случайных чисел соответствующего им закона распределения с дальнейшим расчётом значений соответствующих продольных сил. Величина Дг определяется по изменению перемещения опорных катков секций, исходя из корреляционной функции микропрофиля опорной поверхности.

Полученная система дифференциальных уравнений в сочетании с уравнениями, описывающими тип трансмиссии, уравнения моментов на ведущем колесе и численный метод решения являются составными частями разработанной математической модели криволинейного движения АСТС, позволяющей посредством имитационного моделирования теоретически исследовать поведение АСТС как механической системы.

Универсальность модели, заключающаяся в возможности неограниченного измене ния факторов и конструктивных параметров АСТС, позволяет решить поставленную задач) и сформулировать конкретные требования и алгоритм работы системы автоматическог управления силовым потоком.

Модель позволяет оценить величину рекуперативного нагружения в замкнутом кошу ре «движитель первой секции - силовая передача - движитель второй секции - опорная по верхность» («контур») и рассчитать возможную величину свободного тягового усилш АСТС. Величина кинематического рассогласования, рекуперативное нагружение в замкну том контуре и свободная сила тяги на крюке АСТС зависят от процентного соотношени силового потока на первой секции и передаваемого на движитель второй секции. Основны ми факторами, оказывающим влияние на свободную силу тяги на крюке, являются параметры грунта и распределение силового потока между звеньями.

Используя полученные математические модели, были проведены расчеты для АСТС и; базе автомобиля-тягача КрА30-260 с активным прицепом.

На рис. 9 и 10 показаны зависимости свободной силы тяги на крюке (Ркр) и величинь рекуперативного нагружения (АМ) в замкнутом контуре от величины кинематического рас согласования (£), типа опорной поверхности и величины крутящего момента, реализуемой на ведущих колёсах второй секции в процентах от крутящего момента на колёсах перво! секции. Расчеты проводились для пяти типов опорной поверхности. На данных рисунка, также приведены результаты расчета для двух типов опорной поверхности - мокрый грун в период распутицы и сухая стерня.

На рис. 9 и 10 буквами а, б, в и г обозначены указанные выше зависимости при, соот ветственно, 10, 20, 30 и 40 процентном соотношении крутящего момента на ведущих колё сах второй секции по отношению к крутящему моменту на звездочках первой секции.

Результаты расчетов показывают, что при увеличении сцепных возможностей движи теля с опорной поверхностью увеличение свободной силы тяги на крюке возрастает, что с провождается увеличением рекуперативного нагружения в замкнутом контуре с одновре менным смещением кинематического рассогласования в отрицательную зону. При низки, значениях коэффициента сцепления наблюдается обратная картина - максимальные значе ния свободной силы тяги на крюке соответствуют положительной зоне кинематическог рассогласования.

Проведенные исследования показывают, что распределение силового потока меж секциями АСТС должно носить не постоянный характер, а меняться в зависимости от тип опорной поверхности и кинематического рассогласования. Максимальное значение свобод ной силы тяги на крюке на каждом типе грунта (независимо от рассматриваемых передач лежит в пределах от 15 до 30 % тягового усилия на колесах второй секции по отношению тяговому усилию на колесах первой секции. На всех типах опорной поверхности, кроме об леденелой дороги, движение обеспечивается за счет и первой и второй секций СТС. Пр этом в трансмиссии возникает упругий момент, который снижает эффективность использ вания СТС.

Возникает задача рационального распределения силового потока между движителям секций сочлененной транспортной системы для повышения проходимости в зависимости о условий движения.

-40-20 0 20 40 £%

а)

4

ДМ V

*>

✓ V К' Яр

£ \

/ J

ДМкН'м 6

4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10

-40-20 0 20 40 £%

в)

Рис. 9. Результаты решения

Кр

кн

600 500 400 300 200 100

-40-20 0 20 40 £%

6)

ЛМиН-м

/

ДМ / >-

}

✓ * У Вр

»» ъ ч

6 4 2 О -2 -4 -6 -8 -10

-40-20 0 20 40 £% г)

модели для дороги с <р = 0,35 и Г = 0,15

первая передача вторая передача третья передача

Ир

«н

700 600 500 400 300 200 100

1

Вр'

Ч

У] 7 ! / \

!

у V

ДМкН'м

с

4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10

Пф

-40-20 0 20 40 £%

а)

Ъ,

«н

300 200 100

1 /

/ <

N г

УТ'

¡¡м

у/ \

'У/ 1/ \

/ к

/ \

ДМкН-и 6

4 2 О -2 -4 -6 -8 -10

-40-20 0 20 40 £%

В)

Рис. 10. Результаты решения

700 600 500 400 300 200 100

/

А

/ /«г 1? %

1м о' г* г \ Ч \

'л г /

ДМ«н-м 6

4 2 О -2 -4 -6 -8 -10

-40-20 0 20 40 (%

6)

Вр ж

100

/

ч / 'у

£

У

/ п \

-V ч ( ч \ К

:/ г / г \ > ч\

'у ? N

ДМиН'м 6

4 2 О -2 -4 -6 -8 -10

-40-20 0 20 40 £%

модели для дороги с 9 = 0,8 и Т = 0,09. ятя первая передача

вторая передача

■яш третья передача

Четвёртая глава

Глава посвящена вопросам решения задачи рационального распределения силового потока между движителями секций сочлененной транспортной системы для повышения проходимости в зависимости от условий движения. Её суть состоит в создании системы управления, согласующей параметры движителя и трансмиссии.

Создана математическая модель распределения силового потока между секциями АСТС в зависимости от дорожных условий и кинематического рассогласования.

Отмечается, что при отсутствии в приводе второй секции дифференциала движение по дорогам с коэффициентами сцепления более 0,3 для колёсных машин и 0,1 для гусеничных сопровождается возникновением упругого момента в контуре, приводящего к возникиове-

нию на движителе одной из секций тяговой силы, направление которой противоположно направлению вектора скорости ЛСТС. Проведенный динамический анализ взаимодействия секций АСТС в процессе движения по опорной поверхности с различными коэффициентами сцепления и сопротивления основан на размеченном ориентированном графе состояния АСТС.

В основу стратегии распределения силовых потоков между звеньями АСТС положен критерий ограничения продольной силы на движителях по сцеплению и сопротивлению. На основании обработки статистического материала получены законы распределения случайных значений коэффициентов суммарного сопротивления и сцепления: коэффициент сопротивления подчиняется нормальному закону распределения, а коэффициент сцепления -двухпараметрическому закону распределения Вейбулла при отрицательном коэффициенте асимметрии и параметре формы больше четырёх или усеченному нормальному распределению. Возможна ситуация, когда в силу существования разброса случайных значений коэффициентов сцепления и сопротивления значение силы тяги движителей будет находиться вне диапазона, определяемого критерием ограничения проходимости. Таким образом, для получения максимальной продольной силы на движителе к нему необходимо подводить момент, величина которого будет обеспечивать выполнение критерия проходимости по сцеплению и сопротивлению с учётом их стохастического характера.

На рис.11 представлены плотности распределения случайных значений коэффициентов сцепления и суммарного сопротивления движению. Площадь adb характеризует вероятность потери проходимости при попадании случайных значений коэффициента ху в интервал сЪ, а коэффициента <р - в интервал ас. При этом детерминированный расчёт даёт 100 %-ное выполнение условий проходимости по сцеплению и сопротивлению, а фактически происходит потеря проходимости по сцеплению или сопротивлению ( « 20 % случаев для различных грунтовых условий).

0,75

0,5

0,25

л

■ч 2 /

1 \

J dV V

Рис. 11. Плотности распределения значений коэффициентов суммарного сопротивления движению (1) и сцепления (2)

Такой подход к оценке вероятности потери проходимости используется для определения величины крутящего момента, который необходимо реализовать на колесах первой и второй секций, и позволяет максимально использовать тягово-сцепные возможности сочлененного транспортного средства.

Для реализации методики была создана программа KaLa на языке Python, алгоритм которой позволяет в заданном диапазоне реализовать случайные значения коэффициентов сцепления и сопротивления, распределенные по соответствующему закону. На рис.12-14 представлена графическая зависимость вероятности потери проходимости второй секции АСТС от величины продольной силы на движителе второй секции в процентах от продольной силы на движителе первой секции.

На графиках очевидны экстремальные участки, соответствующие минимальной вероятности потери проходимости. Левая ветвь кривых - потеря проходимости по сопротивлению, то есть продольная сила меньше суммарной силы сопротивления движению. Правая ветвь - потеря проходимости по сцеплению.

ГПу

щ.

» у

р,

0,75 0,50 0,25 0

Л Г

!

\ /

10 20 30

Рис. 12. Зависимость вероятности потери проходимости от продольной силы на движителе второй секции АСТС (при обособленном движении). Дорога - обледенелая: (¡> = 0,05 -0,15; у/= 0,025 - 0,05

Рис. 13. Зависимость вероятности потери проходимости от продольной силы тяги на движителе второй секции (при отсутствии продольной силы на движителе первой секции). Дорога - обледенелая: <р = 0,05 -0,15; = 0,025 -0,05

\

\

\

1 0 20 30 1

Рис. 14. Зависимость вероятности потери проходимости от продольной силы на колесах второй секции (при отсутствии продольной силы на движителе первой секции). Дорога - грунтовая в распутицу: <р -0,25-0,35; г = 0,15-0,25

Р,

0,75 0,50 0,25

^ 111 XI I Л1 J I" »

Таким образом, при создании АСТС необходимо учитывать специфичные условия, в которых планируется использование транспортной системы, и вводить полученное в результате имитационного моделирования соотношение в привод движителя второй секции. Если АСТС предназначена для эксплуатации в различных дорожных условиях, конструкция привода должна включать в себя системы регулирования, контролирующие состояние дорожного покрытия и автоматически вводящие изменение величины отбираемого на движитель второй секции крутящего момента. В работе приводится алгоритм, по которому должна работать система управления силовыми потоками, распределяемыми между движителями АСТС.

Пятая глава

Рассматривается возможность использования сочленённых транспортных систем при создании платформ для перспективных видов вооружения с учётом упругодемпфирующих свойств активного узла сочленения. Рассмотрены состояние и перспективы современной самоходной артиллерии, приведено теоретическое описание движения корпусов сочленённого самоходного артиллерийского орудия (ССАО) во время импульсного воздействия, с учётом воздействий на корпуса со стороны вооружения и со стороны башни. Определение параметров движения корпусов ССАО проводилось методом объектно-ориентированного программирования.

Математическая модель движения корпусов АСТС и работа системы технологического оборудования определяются совокупностью задач, при решении которых должна быть получена необходимая информация для прогнозирования эксплуатационных свойств системы подрессоривания и активного узла сочленения.

Во время импульсного воздействия CAO совершает сразу несколько колебательных процессов: вертикальный (осадка корпуса на рессорах); горизонтальный линейный вдоль

продольной оси изделия внутри гусеничного обвода (откат); горизонтальный линейный перпендикулярный продольной оси изделия; угловой вокруг продольной оси изделия (крен); угловой вокруг вертикальной оси изделия (рыскание); угловой вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной продольной оси изделия (дифферент).

Анализ системы иодрессоривания позволил сформулировать основные требования к математической модели:

- модель должна описывать совместную динамику корпусов АСТС и ходовой систе мы с достаточной точностью, необходимой для оценки нагруженности элементов системы подрессоривания;

- модель должна учитывать конструктивные особенности системы подрессоривания и движителя, характер связей, наложенных на АСТС;

- модель должна позволять моделировать воздействия от технологического оборудования во всем диапазоне поворота стрелы и на всех углах подъёма рукояти манипулятора;

- модель должна учитывать характеристики опорной поверхности.

Расчётная схема для определения параметров движения АСТС представлена на рис.15.

Исследование динамических процессов в реальном объекте требуют замены этого объекта упрощенной моделью, в которой сохранены только существенные для данного исследования свойства объекта, а все другие свойства не принимаются во внимание или заменяются более простыми связями.

Существует много разновидностей колебательных моделей транспортных и технологических систем, анализ наиболее распространенных показал, что можно найти такой универсальный элемент модели, с помощью которого можно получить любую структурную схему. В данном случае рассматривается двухмассовая модель с двумя упругими элементами и четырьмя степенями свободы (рис.16).

При построении математической модели найденного элемента и составлении уравнений связи, позволяющих их комбинировать, появляется возможность получить математическую модель практически любой колесной или гусеничной машины, то есть в дальнейшем алгоритм построения модели можно масштабировать до объектов любой сложности.

Рис. 15. Расчетная схема для определения параметров движения АСТС при импульсном воздействии

Построение математической модели ведется с помощью теории графов и объектно-ориентированного подхода, используя известное матричное дифференциальное уравнение:

где:

Ад + Вд + Сд = 0, (3)

- матрица смежности приведенных коэффициентов жесткости

С = л]а(4)

- матрица смежности приведенных коэффициентов диссипации

В = (5)

- вектор функция неконсервативных обобщенных сил

Д = (6)

А - приведенная диагональная матрица коэффициентов инерции; д - обобщенная координата;

вектор координат действия внешних сил; 1}-я{д)- координата, по которой деформируется упругий элемент.

СГЬ

I

Г 2'

~-(4)

<р>

Рис. 16. Универсальный элемент Для выражения математической модели в форме матричного уравнения (3), необхо-

4« - * - фл Рис.17. Фрагмент матрицы смежности, представленный графом

димо:

- указать на схеме замещения все необходимые для ее описания обозначения (рис.20).

- построить уравнения связей упругих и демпфирующих элементов системы (так как структура уравнений является аналогичной, для примера рассматриваются упругие элементы). Эти уравнения характеризуют зависимость деформации упруго-диссипативных элементов от обобщенных координат системы.

Составляются уравнения связей по координатам 7, они совпадают с направлением деформации упругого элемента:

1, = (?»+'>%)- (.Чп + Кч>,); (?)

Т/и =(& ~г,<Р.),

где /7у - деформация .¡-го упругого элемента;

Чк,Я„,<рк,<р„ - координаты, соответственно, вертикального и углового перемещения сосредоточенной массы;

/„,/;,/•„ - расстояние от центра инерции к-й и л-й массы, соответственно до точки соприкосновения левого и правого упругого элемента.

Далее производится дифференцирование уравнения (7) по всем обобщенным коорди-дл

натам: — = л\, где яг - матрица инциденции.

а?

В матрице лч количество столбцов соответствует числу обобщенных координат, а количество строк - числу упругих элементов. Физический смысл ее заключается в форми-

ровании матрицы приведенных жесткостей. Получив матрицу я,, по формуле (4) находится матрица смежности - С. Также на основе матрицы С можно построить граф, в котором вершины - обобщенные координаты, а ребра - уравнения, показывающие взаимосвязь координат (рис.17).

Аналогичным образом находится матрица приведенных внешних сил по формуле

(6).

В результате получим математическую модель в виде матричного дифференциального уравнения (3). Способы решения уравнений такого вида описаны и известны.

Объектно-ориентированное программирование базируется на следующих принципах,

это:

1. Инкапсуляция - соединение в одном программном модуле свойств, данных и методов их обработки.

2. Наследование - определение предка (создан первым) и потомка (создан после предка и имеет все свойства предка, а также свои свойства).

3. Полиморфизм - свойство объекта обрабатывать данные разных типов и свои, и своих предков.

Программирование начинается с матрицы смежности, ее вид, представленный, на рис. 17, неудобен для сканирования. Поэтому на ребрах графа выделяются точки и с помощью их "вытягивания" за пределы графа получаем двухдольный граф (рис.19). При учете внешних сил Х1 влияющих на модель, граф после преобразований становится трехдольным (рис. 18).

к ГПк

Рис. 18. Переход от фрагмента схемы замещения к трехдольному графу

4'»/

6' •

Ч»)

Рис. 19. Расщепление графа, переход к двухдольному графу

На основе алгоритма составления математической модели для универсального элемента, произведен переход от схемы замещения машины к матрице смежности и далее к эквивалентному ей графу. После проведения исследований различных типов взаимодействия и относительного расположения структурных элементов машины были найдены зависимости, позволяющие производить переход от схемы замещения к графу, исключая нахождение матриц инциденции и смежности. Полученный граф используется для написания программы.

На рис.20 представлена схема замещения для сочленённого самоходного артиллерийского орудия.

На основе математической модели был разработан алгоритм расчета показателей параметров движения корпусов ССАО при внешнем воздействии на цапфах орудия. На осно-

вании построенной модели были проведено численное решение системы уравнений, позволившее оценить отклик динамической системы на внешние воздействия выстрела.

Рис. 20. Схема замещения ССАО:

1 - масса башни; 2 - упруго-диссипативные элементы, характеризующие крепление башни к корпусу и привода поворота; 3 - масса корпуса машины; 4 - упруго-диссипативные элементы подвески первой и второй секций АСТС; 5 - упруго-диссипативные элементы активного узла сочленения; 6 - масса корпуса второй секции; 7 - опора

х' "" о

■

1 4 1 2 5 4 ?

.Расчеты проводились для одиночной машины «МСТА-С» 2С19 и ССАО в составе «МСТА-С» и машина заряжания при различных углах поворота башни и различных углах возвышения орудия. При работе машина находилась на твердом горизонтальном основании. Угол между г продольными осями первой и второй секциями принят равным нулю. Для расчетов приняты данные машины «МСТА-С» 2С19 «Уралтрансмаш» в составе с машиной заряжания ТЗМ «изделие 334».

На графике видно, что в момент импульсного воздействия при курсовом угле башни 0° и при угле возвышения 45°, прикладываемое к корпусу через башню усилие вызывает меньшее по амплитуде, но несколько раннее по времени, перемещение центра масс первой секции по сравнению со второй.

Если направление стрельбы изменяется (рис.21, б), то время начала перемещения центра масс второй секции запаздывает по сравнению с первой и, кроме того, уменьшается период колебаний центра масс первой секции, в которой находятся органы управления машиной.

1, *Э1 ч

/ \ 2

/

м \ /

\ /

\/

а б

Рисунок 21 - Результаты имитационного моделирования: а - изменение положения центра масс первой (2) и второй (1) секций ССАО во время импульсного воздействия при угле возвышения 45 и курсовом угле башни 0°; б - положение центра масс первой (1) и второй (2) секций ССАО во время импульсного воздействия при возвышении 45° и курсовом угле башни 45° Имитационное моделирование движения центра масс корпуса одиночной машины показывает, что существенную роль в сокращении времени затухания колебаний играет характеристика подвески. Методом подбора упругодемпфирующих свойств элементов подвески и активного узла сочленения можно добиться такого сочетания свойств, которые обеспечивают минимизацию времени затухания колебаний корпуса. Для одиночной машины оно составляет около 4 с, методом подбора упруго-диссипативных свойств подвески время может быть снижено до 1,5 - 2 с. Как показывают расчеты, при наличии второй секции, время затухания колебаний сокращается более чем в два раза.

Модульный принцип моделирования сложных динамических систем позволяет состав-

лять и производить расчеты с любыми по структуре построения транспортными и технологическими системами. Такой подход дает возможность прогнозировать поведение сложных систем на этапе проектирования, учесть динамические нагрузки, действующие на систему, без проведения сложных и дорогостоящих экспериментальных исследований, имеет прикладное значение для оборонного комплекса. Изложенный подход к моделированию сложных динамических систем позволяет прогнозировать показатели эффективности принципиально новых платформ для размещения перспективных видов вооружения. В связи с этим автором опубликован ряд работ в закрытых источниках, рекомендованных ВАК РФ.

Шестая глава. В главе приводятся экспериментальные исследования движения длин-нобазной АСТС - ААП. Экспериментальные исследования проводились в четыре этапа:

- исследования натурного образца ААП (рис.22);

- исследования лабораторной модели ААП (рис.23);

- производственные исследования ААП (рис.24).

- исследование распределения силовых потоков между движителями АСТС.

Рис. 22. Исследования натурного образца ААП Рис. 23.Исследования лабораторного образца ААП

На первом этапе исследования проводились на экспериментальном образце лесовозного ААП на базе автомобиля-тягача Краз255Л и активного прицепа-роспуска ГКБ-9383 с гидравлическим приводом колёс прицепа. Результаты исследований представлены на рис.25.

Конструкция привода прицепа экспериментального образца ААП позволила обеспечить диапазон изменения кинематического рассогласования в положительной области от 10 до 50%.

Рис. 24. Исследования ААП в производственных условиях

На втором этапе, с целью исследования процесса в широком диапазоне кинематического рассогласования, на основе теории подобия была изготовлена модель ААП, позволяющая изменять этот параметр от -100% до +100%. Результаты исследований на лабораторной модели представлены на рис.26.

По результатам натурного и лабораторного исследований рассчитаны коэффициенты и построены полиномы, описывающие зависимости свободной силы тяги от кинематического рассогласования, вертикальной нагрузки и дорожных условий. Анализ уравнений регрессии натурного и лабораторного экспериментов показал их адекватность. Сравнение результатов исследований на натурном образце и лабораторной модели с результатами теоретических исследований показало высокую сходимость результатов.

10 20 30 40

Рис. 25. Зависимость силы тяги на крюке (Ркр) от кинематического рассогласования (£) при различных нагрузках на ААП и коэффициентах (<р) сцепления колёс с опорной поверхностью (натурный эксперимент):

--------0,05-0,15;

__<¡>=0,2-0,35

-80 -40 0 40 8СГ£% Рис. 26. Зависимость силы тяги на крюке (Р^) от кинематического рассогласования (<£) при различных нагрузках на ААП и коэффициентах {/р) сцепления колёс с опорной поверхностью (натурный эксперимент):

--------0,05-0,15;

- р = 0,2-0,35

Исследования по влиянию распределения силовых потоков между движителями секций проводились на комбинированной лабораторной установке, имеющей двигатель внутреннего сгорания, приводящий во вращение ротор электрогенератора, который питает два маршевых электродвигателя, связанных с тормозными устройствами. Электродвигатели связаны с тормозными устройствами таким образом, что изменение внешней нагрузки вызывает перемещение вала двигателя в радиальном направлении, которое фиксируется пьезоэлектрическими датчиками. Кроме того, фиксировались частота вращения роторов маршевых двигателей, величины крутящего момента на движителях, разность напряжений на маршевых двигателях, разность углов упругой закрутки движителей. Частота вращения роторов пере-считывалась в линейную скорость осей движителей. Изменение перечисленных параметров в процессе начала движения, выход на режим равномерного движения, изменение дорожных условий, задаваемое генератором случайных чисел по закону распределения Гаусса с заданными начальными условиями, характерными для дорог разных типов, представлены на рис. 27 (во втором квадранте - «фазовый портрет» электродвигателей).

Третий этап предусматривал испытания ААП в производственных условиях. Испытания проводились на двух образцах ААП. Первый образец имел приводную станцию, находящуюся на прицепе, и высокомоментный радиально поршневой гидромотор.

й

Рис. 27. Изменение параметров движения при разгоне и равномерном движении с изменением дорожных условий

Второй образец был оснащён аксиально поршневым гидромотором, связанным с ведущими колёсами редуктором. Оба образца, по сравнению с пассивными СТС, показали высокую эффективность на обледенелых, снежных укатанных дорогах и в период распутицы. Эффективность оценивалась коэффициентом эффективности транспортной операции:

О

где V - скорость АЛЛ, б - вертикальная нагрузка на коники, Q - расход топлива.

Результаты экспериментов показывают, что максимальное значение силы тяги на крюке при 100%-ной нагрузке и 30-35%-ном соотношении продольных сил тяги на движителях тягача и прицепа реализуются в диапазоне 0 - 10% кинематического рассогласования, что соответствует результатам теоретических исследований. Повышение силы тяги на крюке при включении привода колёс прицепа составляет 10 - 12% на фунтовых дорогах в период распутицы и 27 - 29% - на обледенелых и снелсных укатанных дорогах.

Исследования гусеничной машины проводились на базе машины «МСТА-С» 2С19 в полевых условиях полигона. Производилось импульсное воздействие и замерялось время затухания колебаний корпуса. После обработки результатов измеряемые параметры сравнивались с результатами, полученными расчётным путём. Сходимость результатов составляет 85-87%, что свидетельствует о достаточно высокой адекватности математической модели и метода объектно-ориентированного программирования.

Основные результаты и выводы

1. В диссертационной работе автором на основании экспериментальных и теоретических исследований осуществлено научно обоснованное техническое решение, заключающееся в обосновании и разработке основных принципов создания перспективных шасси для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса. Полученные результаты могут быть использованы при выборе рациональных технических характеристик элементов подвески и узла сочленения, рационального распределения силовых потоков между звеньями транспортной системы на этапе проектирования.

2. На основании методов системного анализа научно обоснована многокомплектная схема компоновки транспортно-технологических машин для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса. Показано, что сочлененные шасси являются базой для модульного принципа формирования ансамбля транспортно-технологических машин.

3. Разработаны новые комплексные математические модели движения длинно-базных АСТС с колёсным движителем (ААП) и гусеничных АСТС с учётом корпусов, ходовой части и узла сочленения, имеющего три степени свободы. Модели позволяют исследовать поведение машин посредством имитационного моделирования в статистически заданных условиях эксплуатации.

4. Разработана математическая модель криволинейного движения гусеничной АСТС, имеющей узел сочленения с тремя степенями свободы, учитывающей рекуператив-

ное нагружение в контуре «движитель первой секции - трансмиссия - движитель второй секции - опорная поверхность».

5. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что отсутствие конструктивного кинематического рассогласования в силовом приводе АСТС не ведет к исчезновению рекуперативного нагружения контура «движитель первой секции - силовая передача - движитель второй секции - опорная поверхность». Существование рекуперативного нагружения ведет к возникновению на движителе одного из звеньев АСТС касательной силы, препятствующей движению. В результате увеличение крутящего момента, подведенного к движителю, дает уменьшение свободной силы тяги на крюке. Установлено, что для обеспечения максимального тягового усилия на движителях сочлененной транспортной системы в силовой привод необходимо вводить кинематическое рассогласование. Величина рассогласования должна зависеть от дорожных условий. Для обледенелых опорных поверхностей величина кинематического рассогласования должна быть 8 - 12% в положительном диапазоне. На мокрых грунтовых поверхностях - 0 - 10% в отрицательном диапазоне. На выбор кинематического рассогласования влияют величина подведенного к движителям секций крутящего момента и дорожные условия.

6. На основании стохастического подхода к оценке проходимости величина крутящего момента, подводимого к движителю второй секции, должна определяться по критерию минимальной вероятности потери проходимости АСТС в конкретных дорожных условиях. На обледенелых и снежных укатанных дорогах минимальная вероятность потери проходимости соответствует 13-18% соотношению крутящих моментов на движителях первой и второй секций АСТС. При движении по грунтовым дорогам в период распутицы это соотношение должно быть 33 - 36%. Установлено, что распределение силовых потоков между секциями АСТС должно быть активным. На основании изложенного впервые создан алгоритм, позволяющий рационально распределять силовые потоки между секциями АСТС. В основе алгоритма лежат стохастическая оценка дорожных условий у движителей первой и второй секций и величина кинематического рассогласования между секциями.

7. Впервые разработана комплексная математическая модель движения подрессоренных корпусов АСТС от импульсного воздействия со стороны технологического оборудования, построенная при помощи теории графов и объектно-ориентированного подхода. Модель является основой прогнозирования эксплуатационных свойств подвески и узла сочленения для получения минимального времени затухания колебаний корпуса. Установлено, что диссипативные элементы подвески корпусов АСТС двойного назначения должны быть с изменяемыми характеристиками (активными). Это позволит менять характеристики подвески в зависимости от режима: при движении по неровностям - меньшее значение коэффициента диссипации, при импульсном воздействии - большее (или полное отключение диссипативного элемента). Ход сжатия должен иметь диссипативные свойства в 4,5 - 5 раз выше, чем при ходе отдачи при одинаковой скорости штока.

8. Установлено, что секции АСТС двойного назначения должны соединяться активным узлом сочленения, имеющим возможность изменения диссипативных и упругих свойств вплоть до их отключения, что ведёт к сокращению времени гашения колебаний корпусов после импульсного воздействия в 2,5 - 3 раза.

9. Проведённый комплекс экспериментальных исследований подтвердил основные теоретические положения и показал удовлетворительную сходимость результатов. Среднеквадратическая погрешность теоретических и экспериментальных данных составляет 9-14%, максимальная погрешность не превышает 23%.

10. Результаты работы и рекомендации используются в СКБ «Трансмаш-спецтехника», ОАО «Специальное конструкторское бюро машиностроения» г. Курган, ОАО «Строймашпроект» при совершенствовании существующих и создании новых образцов

АСТС.

11. Математические модели применяются в учебном процессе на кафедре «Автомобили и тракторы» УрФУ и МГТУ им. Н.Э.Баумана, Курганском техническом университете, Южно-Уральском техническом университете, при подготовке специалистов по специальности «Многоцелевые гусеничные и колесные машины».

Спи сок публикаций с изложением основных положений диссертации

Монографии

1. Баженов Е.Е. Сочленённые транспортные и технологические системы/Е.Е. Баженов. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2009. - 174 с.

2. Баженов Е.Е. Основы теории сочленённых транспортных систем/Е.Е. Баженов, С.К. Буйначев, И.Н. Кручинин - Екатеринбург. УрФУ, 2010. - 257 с.

Учебные пособия

3. Баженов Е.Е. Теория автомобиля и трактора/Е.Е. Баженов. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2000. - 126 с.

Публикации в изданиях, рекомендованные ВАК РФ

4. Баженов Е.Е. Использование сочленённых транспортных систем в горнодобывающей промышленности/Е.Е. Баженов//Вестник УГТУ-УПИ № 18(70). Конструирование и технология изготовления машин: сборник научных трудов. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005.-С 13-19.

5. Баженов Е.Е. Математическое моделирование динамического поведения основных узлов автопогрузчика с помощью объектно-ориентированного подхода и теории графов/Е.Е. Баженов, С.К. Буйначев, А.Н. Козубский//Транспорт Урала: науч.-техн. журнал, №3 (14). - Екатеринбург: 2007. - С 29 - 33.

6. Баженов Е.Е. Оценка проходимости автопоездов/Е.Е. Баженов// Вестник УГТУ-УПИ № 18(70). Ресурсосберегающие технологии в машиностроении: сборник научных трудов. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997.-С13-19.

7. Баженов Е.Е. Модульный принцип моделирования сочленённых транспортно-технологических систем/Е.Е. Баженов/Яракгоры и сельхозмашины №2,2010. - С 20 - 23.

8. Баженов Е.Е. Применение сочленённых транспортных систем в добывающих отраслях национальной экономики/Е.Е. Баженов, А.В.Вьюхин//Грузовик: науч.-техн. журнал, №6.-М: 2010.-С 18-21.

9. Баженов Е.Е. Выбор рациональной величины крутящего момента, реализуемого на движителе сочленённой транспортной системы. Стохастическая оценка проходимо-сти/Е.Е. Баженов//Грузовик: научн.-техн. журнал, № 8. - М: 2010. - С 13 -18.

10. Баженов Е.Е. Модульный принцип синтеза транспортных и технологических систем/Е.Е.Баженов//Известия ВУЗов. Поволжский регион. Технические науки, №2 - Пен-за.2010-С 79-89.

11. Баженов Е.Е. Взаимодействие звеньев активной сочленённой транспортной си стемы [Электронный ресурс]//Элекгрон.журн. «Наука и образование: электронное научно-техническое издание», 2010 выпуск 8. Режим доступа http://tehnomag.edu.ru/doc/16053 204.htm 1. свободный.

12. Баженов Е.Е. Модульный принцип моделирования машин двойного назначения [Электронный ресурс]//Элекгрон.журн. «Наука и образование: электронное научно-техническое издание», 2010 выпуск 8. Режим доступа http://tehnomag.edu.ru/doc/160532.html. свободный.

13. Баженов Е.Е. Влияние распределения потоков мощности между секциями на

тяговые возможности сочленённой транспортно-технологической системы [Электронный ресурс]//Электрон.журн. «Наука и образование: электронное научно-техническое издание», 2010 выпуск 9. Режим доступа http://tehnomag.edu.ru/doc/161177.html. свободный.

14. Баженов Е.Е. Экспериментальные исследования даиннобазной сочленённой транспортно-технологической системы [Электронный ресурс]//Электрон.журн. «Наука и образование: электронное научно-техническое издание», 2010 выпуск 9. Режим доступа http://tehnomag.edu.ru/doc/161135 .html, свободный.

15. Баженов Е.Е., Буйначев С.К. Численные методы в моделировании сочленённых транспортных систем [Электронный ресурс]//Электрон.журн. «Наука и образование: электронное научно-техническое издание», 2010 выпуск 10. Режим доступа http://tehnomag.edu.ru/doc/161209.html. свободный.

Статьи

16. Баженов Е.Е. Стохастическая оценка проходимости. Распределение силовых потоков между движителями сочленённой транспортной системы/Е.Е. Баженов, Е.Б. Сарач// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 9-й всерос. науч.-тех. конф.- Екатеринбург. 2010.-С34-37.

17. Баженов Е.Е. Создание принципиально новых платформ для перспективных видов вооружения/Е.Е. Баженов/ЯТроектирование колёсных машин: материалы Всерос. на-уч.-тех. конф., посв.70-летию факультета «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана-М: 2010.-С 153-159.

18. Баженов Е.Е. Вьюхин A.B. Выбор рациональной величины крутящего момента, реализуемого на движителе сочленённой транспортной системы. Стохастическая оценка проходимости/Е.Е. Баженов, A.B. Вьюхин// Проектирование колёсных машин: материалы всерос. науч.-тех. конф., поев. 100-летию начала подготовки инженеров по автомобильной специальности в МГТУ им. Н.Э. Баумана - М:2010.-С38-46.

19. Баженов Е.Е. Возникновение вибрации и её классификация/Е.Е. Баженов, A.A. Алексеев//Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 6 Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2008 - С 24 - 27.

20. Баженов Е.Е. Моделирование структуры механизмов/Е.Е. Баженов, С.К. Буйначев// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 6-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2008 - С 27 - 29.

21. Баженов Е.Е. Язык синтеза механизмов/Е.Е. Баженов, С.К. Буйначев// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 6 Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2008 - С 29 - 32.

22. Баженов Е.Е. Обоснование использования секционных шасси для установки перспективных артиллерийских систем/Е.Е. Баженов// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 5-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2007-С 18-20.

23. Баженов Е.Е. Влияние секционной конструкции несущей системы CAO на взаимное положение секций/Е.Е. Баженов// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 5-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2007 - С 15-18.

24. Баженов Е.Е. Формирование облика большегрузных перспективных транспортных систем/Е.Е. Баженов//Строительная техника 2007: материалы международной науч.-практ. конф. - Екатеринбург: KOCK «Россия», 2007. - С 63 - 66.

25. Баженов Е.Е. Прогнозирование эксплуатационных свойств несущих систем самоходных артиллерийских орудий на базе сочленённых транспортных систем/Е.Е. Баженов,

C.K. Буйпачев//Прос-ктнрованис колёсных машин: материалы междунар. науч.- тех. копф., поев. 70-лстию каф. «Колёсные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана. - М.: 2006. - С 382 -384.

26. Баженов Е.Е. Анализ собственных колебаний силового агрегата с гидростатической трансмиссией/Е.Е. Баженов, А.М. Козубский// Проектирование колёсных машин: материалы междунар. науч.- тех. конф., поев. 70-лстию каф. «Колёсные м ашины» МГТУ им. Н.Э. Баумана. - М.: 2006. - С 378 - 382.

27. Баженов Е.Е. Математическая модель движения сочленённой транспортной системы/Е.Е. Баженов, А.Н. Майер//Проектирование колёсных машин: материалы междунар. науч.- тех. конф., поев. 70-летию каф. «Колёсные м ашины» МГТУ им. Н.Э. Баумана. -М.: 2006. - С 385 - 390.

28. Баженов Е.Е. Улучшение опорно-сцепной проходимости сочленённых транспортных систем путём нечёткого адаптивного управления трансмиссией/Е.Е. Баженов, A.B. Вьюхин/ЯТроектирование колёсных машин: материалы междунар. науч.- тех. конф., поев. 70-летию каф. «Колёсные м ашины» МГТУ им. Н.Э. Баумана. - М.: 2006. - С 390 - 394.

29. Баженов Е.Е. Особенности эксплуатации транспортных средств в современной горнодобывающей промышленности/Е.Е. Баженов, А.Н. Майер// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 4-й Всерос. науч.-тех. конф. -Екатеринбург: 2006. - С 50 - 52.

30. Баженов Е.Е. Повышение достоверности моделирования показателей работы гидроамортизатора/Е.Е. Баженов, П.Н. Седунов, Ю.И. Шер// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 4-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2006. - С 34 - 36.

31. Баженов Е.Е. Прогнозирование эксплуатационных свойств несущих систем самоходных артиллерийских орудий на базе сочленённых транспортных систем/Е.Е. Баженов, A.B. Вьюхин// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 4-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2006. - С 48 - 50.

32. Баженов Е.Е. Создание систем управления трансмиссией сочленённых транспортных средств на основе нечеткой логики/Е.Е. Баженов, A.B. Вьюхин// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 4-й Всерос. науч.-тех. конф, - Екатеринбург: 2006.-С 15-18.

33. Баженов Е.Е. Моделирование движения сочленённых транспортных систем/Е.Е. Баженов, A.B. Вьюхин//Проекгирование, испытания, эксплуатация транспортных машин и транспортно-технологических комплексов: сборник материалов междунар. науч.-тех. конф. - Н.Новгород: НГТУ, 2005. - С 112 - 115.

34. Баженов Е.Е. Результаты имитационного моделирования движения сочленённой транспортной системы/ Е.Е. Баженов, A.B. Выохин//Проектирование, испытания, эксплуатация транспортных машин и транспортно-технологических комплексов: сборник материалов междунар. науч.-тех. конф. - Н.Новгород: НГТУ, 2005. - С 115-118.

35. Баженов Е.Е. Методика оценки долговечности конструкции прицепов/Е.Е. Баженов, В.А. Овчинникова// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 3-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2005 - С 85 - 87.

36. Баженов Е.Е. Основные направления проектирования сочленённых транспортных средств высокой проходимости/Е.Е. Баженов, A.B. Вьюхин// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 3-й Всерос. науч.-тех. конф. -Екатеринбург: 2005 - С 87 - 89.

37. Баженов Е.Е. Анализ вибронагруженности малогабаритного погрузчика/Е.Е. Баженов, А.М. Козубский// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 3-й Всерос. науч.-тех. конф, - Екатеринбург: 2005-С 100- 103.

38. Баженов Е.Е. Проблемы повышения скоростей движения гусеничных машин в условиях тепловой напряженности диссипативных систем/Е.Е. Баженов, П.Н. Седупов, Ю.И, Шер// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 3-й Всерос. науч.-тех. конф.- Екатеринбург: 2005-С 103- 105.

39. Баженов Е.Е. Исследование колебательных процессов малогабаритного трелёвочного трактора/Е.Е. Баженов, Е.Г. Горских// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 3-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2005 -С 105- 111.

40. Баженов Е.Е. Алгоритм работы автоматической системы управления транспортного средства с гидростатической трансмиссией/Е.Е. Баженов, А.Н. Майер//ТТМ НН 04:транспортно-технологические машины: материалы всероссийской науч.-тех. конф. - Н. Новгород, 2004. - С 3 - 7.

41. Баженов Е.Е. Особенности сочленённых транспортных систем высокой прохо-димости/Е.Е. Баженов, A.B. Вьюхин// Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 2-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2004 - С 66 -68.

42. Баженов Е.Е. Эксплуатационные свойства сочленённых транспортных систем/Е.Е. Баженов//Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов 2-й Всерос. науч.-тех. конф. - Екатеринбург: 2004 - С 75 - 77.

43. Баженов Е.Е. Выбор рациональной величины ведущих моментов на колёсах сочленённых машин и автопоездов с активными прицепами/Е.Е. Баженов, Ю.И. Вагин, А.Н. Майер//Проблемы проектирования, испытаний, эксплуатации и маркетинга автотракторной техники: материалы междунар. науч.-тех. конф. - Н.Новгород: Н1ТУ, 2000 - С103 - 105.

44. Баженов Е.Е. Прогнозирование эксплуатационных свойств сочленённых транспортных систем/Е.Е. Баженов//АВТО НН 02: проблемы транспортных и технологических комплексов: материалы междунар. науч.-тех. конф. - Н.Новгород, 2002. - С 243 - 246.

45. Баженов Е.Е. Обоснование эксплуатационных показателей автопоезда с активным прицепом: дис.... канд. техн .наук/ Е.Е. Баженов. - Свердловск: УЛТИ, 1990. - 230 с.

46. Баженов Е.Е. Определение мощности привода активной оси прицепов/Е.Е. Баженов, А.И. Юшков, С.И. Голомидов//Эксплуатация лесовозного подвижного состава: меж-вуз. сб. науч. тр. - Свердловск, 1985. - С 72 - 75.

47. Багин Ю.И. Пути повышения эффективности лесовозных автопоездов/КШ. Ба-гин, Е.Е. Баженов// Эксплуатация лесовозного подвижного состава: межвуз. сб. науч. тр . - Свердловск, 1984. - С 3 - 8.

48. Багин Ю.И. Лесовозный автопоезд с активным прицепом/Ю.И. Багин, Е.Е. Баженов// Эксплуатация лесовозного подвижного состава: межвуз. сб. науч. тр . -Свердловск, 1984. - С 8 - 13.

Патенты

49. Баженов Е.Е., Боровских A.M. Самоходная сочленённая артиллерийская установка. Патент на изобретение № 84960,2009.

50. Баженов Е.Е., Боровских A.M., Ильин A.B. Гусеничная цепь. Патент на изобретение №2005110199,2005.

51. Баженов Е.Е., Боровских A.M., Ильин A.B. Устройство для поворота колёс прицепа. Патент на изобретение № 2005114875, 2005.

52. Баженов Е.Е. Тимляков Л.С., Глазырин В.В. Деселерометр. Свидетельство на полезную модель № 13099,1999.

Баженов Евгений Евгеньевич

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОЧЛЕНЁННЫХ НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Автореферат

Подписано в печать 25.01.11. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 120 экз. Заказ 59.

Типография НГТУ им. P.E. Алексеева. Адрес полиграфического предприятия: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

71 11-5/322

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

На правах рукописи УДК 629.014.5

БАЖЕНОВ ЕВГЕНИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОЧЛЕНЁННЫХ НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины.

Диссертация на соискание ученой степени

доктора технических наук президиум ВАК минобрнауки россии (решение от <4 г. й )

присудил учёную степень ДОКТОРА

наук

!начальник отдел/кд

Екатеринбург, 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение............................................................................ 6

1. Обзор и анализ методов повышения эффективности транспортных и транспортно-технологических систем. Постановка задач исследований............................................................ 15

1 Л. Эксплуатационные свойства и эффективность транспортных систем....................................................... 15

1.2. Влияние активизации прицепных секций на повышение эффективности транспортных систем.................................. 18

1.2.1.Проходимость транспортных систем........................ 22

1.2.2. Оценочные показатели проходимости транспортных систем................................................................ 24

1.2.3. Проходимость активных сочленённых транспортных систем................................................................ 35

1.3. Состояние вопроса в теории движения сочленённых колёсных и гусеничных транспортных систем............................................... 43

1.3.1. Транспортные системы с колёсным движителем.......... 43

1.3.2. Транспортные системы с гусеничным движителем....... 49

1.3.3. Движение корпуса машины от импульсного воздействия 70

1.4. Выводы по главе........................................................... 77

1.5. Задачи исследований....................................................... 79

2. Обоснование использования сочленённых транспортных систем в добывающих и сырьевых отраслях экономики и оборонном комплексе.......................................................................... 80

2.1. Классификация сочленённых транспортных систем.......................................................................... 82

2.2. Применение сочленённых транспортных систем в сырьевых и добывающих отраслях экономики.................. 84

2.3. Применение сочленённых транспортных систем в оборонном комплексе............................................................................. 95

2.4. Выводы по главе......................................................... 99

3. Теория движения сочленённых транспортных систем.................................................................................... 100

3.1. Выбор обобщённых схем сочленённых транспортных систем. 100

3.2. Теория движения автомобильного поезда с активным прице- 102

3.2.1. Криволинейное движение автопоезда с активным прице- 102

3.2.2. Кинематический анализ работы автопоезда с активным при- 113

3.2.3. Увод колёс автопоезда с активным прицепом................. 118

3.2.4. Скольжение колёс и кинематическое рассогласование...... 123

3.2.5. Взаимодействие звеньев автопоезда с активным прицепом 131

3.2.6. Оценка величины упругого момента в замкнутом контуре «трансмиссия - движитель - опорная поверхность»...................... 136

3.3. Теория движения прицепной гусеничной сочленённой транспортной системы................................................................... 140

3.3.1. Требования и ограничения при создании математической мо- 140

3.3.2. Внешние условия движения..................................... 141

3.3.3. Математическая модель криволинейного движения активной сочленённой транспортной системы........................................... 151

3.3.4. Влияние типа привода на радиус поворота активной сочленённой транспортной системы................................................... 168

3.4. Результаты имитационного моделирования......................... 172

3.5. Выводы по главе........................................................... 180

4. Стохастическая оценка проходимости. Выбор рациональной величины крутящего момента, реализуемого на движителях сочленённой транспортной системы............................................ 181

4.1. Стохастическая оценка проходимости.............................. 181

4.2. Выбор рациональной величины крутящего момента, реализуемого на движителях сочленённой транспортной системы 169

4.3. Распределение силовых потоков между движителями АСТС... 191

4.4. Выводы по главе.......................................................... 207

5. Использование сочленённых транспортных систем при создании платформ для перспективных видов вооружения...................... 209

5.1. Состояние и перспективы современной самоходной артиллерии 209

5.2. Теоретическое описание движения корпусов сочленённого самоходного артиллерийского орудия во время выстрела..................... 222

5.2.1. Воздействие на корпус со стороны вооружения............... 222

5.2.2. Воздействия на корпус со стороны башни...................... 223

5.2.3. Требования и основные допущения при создании математической модели ....................................................................... 225

5.2.4. Определение параметров движения корпусов сочленённого самоходного артиллерийского орудия методом объектно-ориентированного программирования....................................... 231

5.2.5. Результаты имитационного моделирования движения корпусов сочленённого самоходного артиллерийского орудия при выстреле 246

5.3. Выводы по главе.......................................................... 255

6. Результаты экспериментальных исследований активных сочленённых транспортных систем................................................. 256

6.1. Исследований натурного образца ААП............................. 256

6.2. Исследования лабораторной модели................................. 266

6.3. Производственные испытания ААП.................................. 274

6.4. Выводы по главе...................................................... 275

Основные результаты и выводы........................................... 277

Список использованной литературы......................................... 281

Приложения........................................................................ 297

Приложение 1 ............................................................... 298

Приложение 2............................................................... 303

Приложение 3............................................................... 304

Приложение 4. Акты внедрения результатов работы .............. 306

Принятые сокращения

ААП - автопоезд с активным прицепом

АСТС - активная сочленённая транспортная система

АТС - автотранспортное средство

ВГМ - военная гусеничная машина

ГМ - гусеничная машина

ДВС - двигатель внутреннего сгорания

ЖМВ - жидкие метательные вещества

КПП - коробка перемены передач

НСК - неподвижная система координат

П - вторая секция АСТС (прицеп)

ПВО - противовоздушная оборона

ПСК - подвижная система координат

РК - раздаточная коробка

CAO - самоходное артиллерийское орудие

СБГМ - сочленённая боевая гусеничная машина

СГМ - сочленённая гусеничная машина

ССАО - сочленённое самоходное артиллерийское орудие

СТС - сочленённая транспортная система

Т - первая секция АСТС (тягач)

ТЗМ - транспортно-заряжающая машина

УС - узел сочленения

ФПК - Фолкера - Планка - Колмогорова

TIM - центр масс

ЦУ - центр упругости

ЭТП - электротермическая пушка

Введение

Современное машиностроение характеризуется установившейся тенденцией улучшения эксплуатационных свойств вновь проектируемых и модернизируемых машин (производительность, экономичность, экологичность и др.). С одной стороны^ это является следствием жесткой конкуренции на мировом товарном рынке, а с другой стороны, что наиболее важно, - пониманием в обществе проблемы конечности сырьевых ресурсов и необходимости разумного отношения к природе и окружающей среде.

Работа транспортно-технологических машин в некоторых отраслях экономики весьма специфична. Это связано с их эксплуатацией на временных дорогах или в условиях бездорожья. В лесной промышленности, например, эксплуатация транспортных и технологических систем происходит в основном на упрощенных временных дорогах, которые составляют около 40 % лесовозных дорог всех типов. В сельском хозяйстве удельный вес транспортных работ в годовой занятости колесных тракторов превышает 50 % и большая часть их приходится на временные дороги, полевые условия и т.п. При неблагоприятных погодных условиях, особенно в зонах «рискованного земледелия», такие дороги становятся существенным препятствием при транспортировке продукции.

Появление новых, более энергонасыщенных многооперационных машин позволяет механизировать большинство работ в отраслях лесного, сельского хозяйства, нефтегазового и горнодобывающего комплексов и других направлениях экономики. Применение полноприводных транспортных и транспортно-технологических систем на основе активизации прицепного состава является одним из перспективных направлений в решении многих задач, возникающих при эксплуатации транспортных и технологических комплексов в условиях зимних дорог, грунтовых дорог в

период распутицы и других специфических условиях.

6

Понятие «сочлененная транспортная система» (СТС) весьма широко и включает в себя целый спектр транспортных, технологических и транспортно-технологических машин, имеющих, как минимум, две секции, соединенные между собой шарниром с одной или более степенями свободы. Кроме того, некоторые СТС имеют специфическую конструкцию рулевого управления. Распределение силового потока от источника энергии между тяговой и прицепной (технологической) секциями СТС ведет к созданию отдельного класса машин - активных сочлененных транспортных систем (АСТС). Как частный, но довольно широко распространенный, случай АСТС рассматриваются автопоезда с активными прицепами (ААП).

Применение АСТС в отраслях сельского хозяйства, в отраслях лесного, нефтегазового комплексов, других сырьевых отраслях экономики и оборонного комплекса дает возможность создания широкого диапазона транспортных и технологических систем. В настоящее время при решении транспортных проблем в районах с тяжелыми дорожными условиями (при освоении районов богатых сырьевыми ресурсами, обслуживания газо- и нефтепроводов, линий электропередачи, решении задач, связанных с ликвидацией последствий чрезвычайных ситуаций), находят широкое применение двухзвенные гусеничные транспортеры, которые также широко используются и в оборонном комплексе. На рис. В1, В2 и ВЗ показаны двухзвенные гусеничные транспортеры семейства «Витязь» и «Вездесущий» гражданского и военного назначения, а на рис. В4 - автопоезд с активным прицепом, эксплуатируемый в Пермском крае, в разработке и изготовлении которого принимал непосредственное участие автор.

Таким образом, проблемы улучшения эксплуатационных свойств

транспортных и технологических систем относятся к одним из основных в

машиностроении, решение которых должно вестись по различным

направлениям: увеличение производительности, повышение экономических

и улучшение экологических показателей, повышение эксплуатационной

надежности, усовершенствование и автоматизация систем управления

7

Рисунок В1 - Гусеничный транспортёр ДТ-10П семейства «Витязь»

Рисунок В2 - Гусеничный транспортёр ДТ-30ПК1 с технологическим оборудованием 8

Рисунок ВЗ - Гусеничный транспортёр ДТ-10ПМ «Вездесущий» оборонного назначения

транспортными системами и целый комплекс других работ теоретической и экспериментальной направленности.

В настоящее время большинство исследований АСТС носят частный характер и направлены на теоретическое и экспериментальное изучение динамических процессов, происходящих в них при характерных условиях эксплуатации. Вместе с тем исследуются уже разработанные экспериментальные образцы конструкций.

В этой связи возникает потребность обобщения теоретических и экспериментальных исследований и дальнейшего развития данного научного направления. Это позволит на ранней стадии проектирования, когда отсутствует опытный образец, обосновать выбор технического решения, провести поиск наиболее рациональной конструкции и, как следствие, существенно уменьшить временные и материальные затраты на проектирование, экспериментальные исследования и изготовление опытной партии машин. Дополнительный экономический эффект, как правило, более существенный в сравнении с эффектом за время разработки и постановки изделия на производство, получается от реализации в конструкциях машин оптимальных конструктивных и энергетических параметров и характеристик.

В настоящее время можно выделить две проблемы:

- проблема сырьевых и добывающих отраслей экономики: повышение эффективности транспортной и транспортно-технологических операций.

- проблема научная: прогнозирование показателей эффективности транспортных и транспортно-технологических машин на этапе проектирования и сокращение сроков доводочных испытаний.

Таким образом, создание перспективных шасси на базе сочленённых транспортных систем позволяет решить проблему повышения эффективности транспортной и транспортно-технологических операций в сырьевых и добывающих отраслях экономики.

АСТС - это транспортная машина, имеющая то или иное

компоновочное решение и различную комплектность. Шасси универсально,

10

позволяет использовать его в качестве базы для размещения технологического оборудования и как транспортное средство высокой проходимости, позволяющее решать задачи хозяйственного назначения.

В связи с этим, работы, связанные с созданием новых конструктивных композиций, совершенствованием их систем, с определением рационального соотношения силовых потоков, распределяемых между движителями секций АСТС, увеличением проходимости в настоящее время являются для экономики актуальными.

Известно, что теоретическое исследование динамических систем с вероятностных позиций можно проводить спектральными (корреляционными) методами, методами статистической механики с использованием теории марковских процессов, а также на основе имитационного математического моделирования.

Спектральный подход весьма распространен при исследовании технических систем, однако наиболее полно разработан лишь для узкого класса динамических систем - "линейных", что неприемлемо при рассмотрении динамики АСТС.

Теория марковских процессов при анализе динамических систем

предполагает использование уравнений Фоккера - Планка - Колмогорова

(ФПК) и позволяет получить самую полную статистическую информацию

для любого класса систем. Однако, как отмечается в работе [15], численное

интегрирование ФПК-уравнений сложной структуры, как в случае

исследования динамики АСТС, затруднено и практически невозможно. Не

представляется возможным и аналитическое решение этих уравнений в

рамках поставленной задачи. Поэтому единственным способом

теоретического прогнозирования режимов движения АСТС, с приемлемой

для практики точностью, в настоящее время является имитационное

математическое моделирование рабочих процессов. Имитационное

моделирование включает этапы построения математической модели

исследуемого объекта и модели внешних условий в виде воздействия на

И

АСТС усилия от технологического оборудования и протяженных реализаций случайных функций внешнего возмущения (при движении АСТС по местности), задания ограничений, проведения вычислительных экспериментов и статистическую обработку результатов исследования. В этой связи, в представленной работе решение задачи о прогнозировании режимов движения АСТС, базируется на имитационном математическом моделировании с использованием ЭВМ.

Уровень производительности современных ЭВМ позволяет ограничиться минимумом необходимых допущений при выводе дифференциальных уравнений движения и, тем самым, достаточно точно математически описать динамику АСТС. Практическое применение разработанных автором методов моделирования, позволяющих прогнозировать поведение машины в различных условиях эксплуатации и существенно сократить период проектирования и доводки, предполагает сочетание на стадиях разработки имитационного моделирования и натурных экспериментов.

Цель работы - теоретическое и экспериментальное обоснование комплексных методов прогнозирования эксплуатационных свойств наземных транспортно-технологических машин для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса.

Научная новизна.

1. Впервые, на основании методов системного анализа, научно обоснована многокомплектная схема компоновки транспортно-технологических машин для сырьевых, добывающих отраслей экономики и оборонного комплекса.

2. Впервые предложен модульный принцип формирования шасси для добывающих отраслей экономики.

3. Созданы новые математические модели, позволяющая

прогнозировать эффективность и анализировать экспериментальные

данные при исследовании движения колёсных длиннобазных и

12

гусеничных АСТС в статистически заданных дорожных условиях, отличающаяся тем, что учитывает криволинейное движение и возможность применения многокомплектной компоновки машины.

4. Создан новый алгоритм распределения силового потока между секциями многокомплектной АСТС, отличающийся тем, что величина силового потока, подводимого к движителям, зависит от дорожных условий и кинематического рассогласования.

5. Впервые создана математическая �