автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Безразборная диагностика механизма подвески многоцелевой мобильной гусеничной платформы и разгрузка ресурсоопределяющей подвижной связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»

РАКИМЖАНОВ НУРЖАН ЕСМАГУЛОВИЧ

БЕЗРАЗБОРНАЯ ДИАГНОСТИКА МЕХАНИЗМА ПОДВЕСКИ МНОГОЦЕЛЕВОЙ МОБИЛЬНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ ПЛАТФОРМЫ И РАЗГРУЗКА РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

Специальность: 05.02.18 — Теория механизмов и машин

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 Ш 2015

Омск 2015

005570576

005570576

Работа выполнена на кафедре «Машиноведение» в ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет».

Балакин Павел Дмитриевич - доктор технических наук профессор, заведующий кафедрой «Машиноведение» ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет».

Николаев Виктор Александрович — доктор технических наук профессор кафедры «Теоретической механики» ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения»;

Щербаков Виталий Сергеевич - доктор технических наук профессор, декан факультета «Нефтегазовая и строительная техника» ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия».

Федеральное государственное унитарное предприятие «Уральское конструкторское бюро транспортного машиностроения» (ФГУП «УКБТМ»).

Защита состоится 25 сентября 2015 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.178.06 при Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, 0мск-50, проспект Мира, 11, ауд. 6-340.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета ученому секретарю. E-mail: belkov@omgtu.ru

Автореферат разослан 6 июля 2015 г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н. профессор

В.Н. Бельков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Одним из требований, предъявляемых к современным многоцелевым мобильным гусеничным платформам (ММГП), является повышение их подвижности за счет быстрого перемещения по дорогам, естественным трассам и пересеченной местности. Совершенствование ходовой части ММГП на стадии её проектирования связано с составлением уточненных математических моделей, описывающих динамические процессы, которые протекают в конструкции и механизмах подвески, с установлением связей динамических явлений и условий движения. Ранее этому не уделялось должного внимания.

В настоящее время повышение скорости движения машин по дорогам и пересеченной местности привело к созданию новых сложных систем подвесок ММГП. Динамические процессы, вызываемые внешними силами, определяют нагруженность деталей и связей, механизмов машины, навесного оборудования и оказывают решающее влияние на ресурс машины, плавность её хода, здоровье и работоспособность персонала.

При движении машины на больших скоростях по пересеченной местности динамическая нагрузка на катки гусеничной машины в несколько раз превышает их статическую нагрузку. Известно, что, несмотря на конструктивное совершенство механизма подвески ММГП, механизм содержит проблемные ресурсоопределяющие элементы, одним из которых является направляющая втулка штока гидравлического амортизатора, быстрый, прогрессирующий износ которой приводит к выходу амортизатора из эксплуатации и радикальному изменению свойств подвески.

Степень разработанности темы исследования. Разработку методов прогнозирования и обеспечения долговечности элементов ходовой системы транспортных машин осуществляют в МГТУ им. Н.Э. Баумана, ВНИИТрансмаш, ЮУрГУ, Омсктрансмаш и других научных и проектно-конструкторских организациях. Анализ технической литературы, посвященной проектированию механизмов подвесок ММГП, таких авторов, как Дмитриев A.A., Савочкин В.А., Васильченков В.Ф., Буров С.С., Аврамов В.П., Камичев Н.Б., Сергеев Л.В., Силаев A.A., Носов H.A., Бархударов Л.Г., Талу К.А. и др., позволил выявить особенности конструкций этих механизмов, направления их совершенствования, технологии изготовления узлов и приемы увеличения ресурса и надежности.

Математическая модель движения механизма подвески в своей основе содержит работы таких известных ученых, внесших значительный вклад в исследование динамики машин, как Яблонский A.A., Вульфсон И.И., Коловский М.З., Бабаков И.М., Пановко Я.Г., Тимошенко С.П., Боголюбов H.H., Блехман H.H., Бабицкий В.И., Фролов К.Ф., Лурье Н.И. и др. Анализ работ этих авторов показал, что значительное влияние на динамическое нагружение механизма подвески

и его кинематических соединений при движении машины даже по ровной бетонированной дороге оказывают возмущения, обусловленные изменяемой геометрией полотна беговой дорожки гусеницы, её упругих свойств, дискретностью полотна. Это вызывает дополнительное инерционное нагружение звеньев и связей механизмов подвески.

В Омском автобронетанковом инженерном институте в течение ряда лет проводилась научно-исследовательская работа по увеличению ресурса механизмов подвески, настоящая работа является продолжением работ, направленных на изучение кинематических и динамических свойств механизма подвески, содержащего рычажно-кулисную группу звеньев.

Цель исследования — повышение работоспособности механизма подвески ММГП путем разгрузки подвижной ресурсоопределяющей связи штока амортизатора с направляющей втулкой и уплотнением корпуса, а также создание методики безразборного прогнозирования технического состояния механизма подвески ММГП.

Предмет исследования: математическое моделирование поведения технических объектов и их несущих элементов при динамических воздействиях. Методы и техника экспериментального исследования динамики и прочности машин и конструкций. Нахождение рациональных конструктивных решений.

Научная гипотеза. Ослабление поперечной динамической нагрузки на шток амортизатора уменьшает негативное воздействие на уплотнение штока в корпусе амортизатора и, как следствие, снижает потери рабочей жидкости и увеличивает срок его службы.

Для достижения цели исследования поставлены следующие задачи:

— разработка обобщенной кинематической модели механизма подвески и ее приложение к определению кинематических характеристик движения:

— кинетостатическое исследование механизма и определение нагрузок в ресурсоопределяющем соединении;

— раскрытие механизма неизносного формирования зазора в подвижном соединении в условиях переменного и знакопеременного нагружения;

— определение динамического взаимодействия активных поверхностей подвижного соединения с зазором;

— разработка технического решения по разгрузке ресурсоопределяющей подвижной связи;

— проведение натурных, испытаний и разработка методики безразборного прогнозирования технического состояния механизма подвески базовой платформы;

— реализация результатов работы.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы аналитической механики, теории механизмов и машин, теории эксперимента.

Научная новизна работы состоит в разработке обобщенной кинематической модели механизма подвески и определении кинетостатичес-кого нагружения ресурсоопределяющей связи; раскрытии механизма неизносного формирования зазора в подвижном соединении и оценке влияния зазора на уровень динамического нагружения активных поверхностей связи; в установлении связи величины зазора и пробега машины, величины зазора и виброскорости в зоне проблемного соединения.

Теоретическая и практическая значимость полученных результатов. Практическая значимость полученных результатов состоит в определении зазоров в соединении шток — направляющая втулка без разборки конструкции при различных условиях эксплуатации гусеничных машин многоцелевого назначения и в прогнозировании остаточного ресурса амортизатора и механизма подвески в целом, для этого поставлена и решена задача экспериментального установления связи между величиной зазора в паре шток - направляющая втулка и интенсивностью ударного импульса в этом соединении.

Положения выносимые на защиту:

- метод безразборной диагностики состояния узла подвески без использования сложных измерительных приборов;

- результаты экспериментального исследования и техническое решение по разгрузке ресурсоопределяющего узла подвески.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы реализованы:

- в ОАО «Уральском конструкторском бюро транспортного машиностроения» (г. Нижний Тагил);

- в ФГКУ «29-й Конструкторско-технологический центр бронетанкового вооружения и техники и автомобильной техники» Минобороны России (г. Санкт-Петербург);

- в ОАО «81-й бронетанковый ремонтный завод» (г. Армавир);

- в НИИЦ БТ 3 ЦНИИ Минобороны России (г. Кубинка);

- в войсковой части 11388 (г. Уссурийск);

- в Омском автоброне танковом инженерном институте;

- в Тюменском высшем военно-инженерном командном училище.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность

полученных результатов подтверждается экспериментальными данными, с применением аттестованного прибора - виброанализатора «Диана-2М», полученными путем проведенных имитационных испытаний на стенде, а также корректным математическим моделированием на основе известных положений механики, теории механизмов и машин, теории колебаний и динамики машин.

Работа апробирована на Межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные технологии, системы вооружения и военной техники, наука и образование» (Броня — 2012), Межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные технологии, системы вооружения и военной техники, наука и образование» (Броня — Омск — 2014, 9 октября 2014 г.), на ежегодных научных конференциях при ОАБИИ, на кафедре машиноведения ОмГТУ, на межкафедральном семинаре «Проблемы прикладной механики» при ОмГТУ.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 16 работах, в том числе 2 ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендуемых для публикации результатов диссертационных работ, получен патент на конструкцию, научно обоснованную в диссертации.

Структура диссертации. Диссертация изложена на 169 стр. машинописного текста, содержит введение, четыре основные главы, основные результаты работы, список литературы, содержащий 104 источника, 72 рисунка, 8 таблиц и приложения из 13 стр. (14 рисунков, копия свидетельства-сертификата на аттестацию виброанализатора «Диана-2М», патент на полезную модель № 149366, акты реализации научных результатов, рационализаторское предложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и цель работы, ориентированные на повышение надежное™ элементов подвески ходовой части гусеничной платформы, определён объект и методы исследования, а также положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено современное состояние исследований и общая характеристика систем подрессоривания многоцелевых мобильных гусеничных платформ, приведены характеристики систем и их анализ. Подробно представлено описание исследуемого гидравлического амортизатора и особенное ги его силовых характеристик. Представлена классификация подвесок, их достоинства и недостатки. Выполнен анализ научных работ посвященных исследованию ходовой части многоцелевых мобильных гусеничных платформ. Раскрыта характеристика системы подрессоривания многоцелевой мобильной гусеничной платформы, основные требования к ней, классификация и сравнительная оценка конструкций систем подрессоривания гусеничных машин, анализ конструкции. Представлены условия работы кинематических пар исследуемого механизма подвески ММГП с гидравлическим амортизатором, их конструкция как элементов подвески ММГП. Сформулированы цель, задачи, выделена научная новизна и практическая значимость работы.

Вторая глава. Конструкция модуля подвески ММГП представлена как механизм, преобразующий угловое движение развитого балансира,

возбуждаемого опорным катком, в угловое движение амортизатора, который по сути представляет собой кулису переменного размера (рис. 1). По отношению к стойке (корпусу машины, корпус амортизатора участвует в двух движениях: переносном вращательном вместе со штоком и относительном поступательном вдоль оси штока). Таким образом, подвеска является кривошипно-кулисным механизмом, кулиса — шток амортизатора — нагруженный моментом трения в связи штока со стойкой, вдоль оси амортизатора действуют сила гидравлического сопротивления, пропорциональная скорости относительного движения корпуса - шток. Все звенья и связи в движении испытывают дополнительные динамические нагружения инерционного происхождения.

Рис. 1. Кинематическая схема механизма подвески: О — корпус машины, 1 - балансир, 2 — корпус гидроамор гиза гора, 3 - шгок, 4 — каток, 5 — гусеница

Создана обобщенная кинематическая модель механизма подвески и оценены кинематические свойства механизма подвески и его размещение на корпусе машины на предмет наличия внутренней способности порождать неравномерное угловое движение амортизатора (кулисы) при кинематическом возбуждении от балансира (оси опорного катка).

Результаты анализа кинематических свойств механизма подвески убедительно доказывают, что механизм подвески проектировался по критерию минимизации нелинейностей его передаточных функций, которые в диапазоне динамического хода подвески изменяются мало, поэтому основным источником неравномерности зависимого углового движения амортизатора является характер и параметры внешнего кинематического возбуждения механизма, во-первых, со стороны дорожного полотна, которое следует отнести к низкочастотному и,

во-вторых, высокочастотное возбуждение — из-за звенчатого строения беговой дорожки гусеницы и переменной жесткости её обрезиненной части, взаимодействующей с опорным катком. Известно, что динамический ход ¿>()ип опорных катков у базовой модели составляет

50ин= 350 мм, ход ограничен упорами, установленными в корпусе

машины. Полный выбор динамического хода и ударное соприкосновение балансира катка с упором (пробой подвески) вызывает значительные ускорения всех элементов динамической системы и, как следствие, высокие динамические ударные нагрузки, распространяемые по конструкции машины. Эти нагрузки крайне неблагоприятно воздействуют на экипаж, приборный комплекс, на связи между агрегатами и звеньями, на герметичные и подвижные соединения. Режим движения с пробоем подвески является предельным и в условиях нормальной эксплуатации машины недопустим.

Пробой подвески наступает в случае, если кинетическая энергия подрессоренной массы ММГП в её вертикальном движении становится равной или более предельного уровня потенциальной энергии, воспринимаемого подвеской, т. е.

п2

_с(<ч2,„

и_дич_^ откуда

-йш ; (1)

(я)

где т — величина подрессоренной массы; I^ 1 — предельное значение

вертикальной скорости движения центра масс ММГП; С вертикальная жесткость всей подвески; - динамический ход

опорных катков.

В зависимости от характеристики дорожного полотна У^

просчитана в предельную скорость машины.

В основу обобщенной кинематической модели положено векторное уравнение замкнутого контура изменяемой геометрии.

г +1~ + 2г-асо5гр-2гввт<р = 1£, (2)

здесь /д =а2 +в2.

• I \ а + гсоью I \ в-птю

-/- > или СО8(|/0+^=---£ . (3)

'х 'ъ

Уравнения (2) и (3) полностью определяют суммарный размер и положение оси амортизатора в плоскости его установки.

Перемещение штока амортизатора относительно корпуса последнего определится разностью начальной длины /у ач и текущей, т. е.

Детальное исследование кинематики механизма подвески по обобщенной модели позволило создать картину кинетосгатического нагружения звеньев и связей механизма, выделить ресурсопределяющую связь. Как звено механизма, амортизатор в угловом движении с ускорением "£" генерирует значительный момент инерционных сил М„„ = - &/„„, который порождает реакция в соединении штока с направляющей втулкой Лт(И = М,1Н/кт1„, где /гт,„ - минимальное расстояние от центра направляющей втулки до центра поршня штока. /гт,„ -отбирается от массивов его значений, полученных из кинематической модели в зоне выборки статического хода.

В условиях переменного и знакопеременного нагружения конструкции инерционными силами в соединении штока с направляющей втулкой будет происходить перекладка зазоров, т. е. диаметрально направленное относительное движение штока и втулки в плоскости установки амортизатора, сопровождающееся ударами активных поверхностей четырежды за одно импульсное кинематическое возбуждение, по два на каждую сторону поверхности втулки. Это следует из кинематики движения точки крепления амортизатора на балансире опорного катка при наличии единичного импульса.

Показано, что удар характеризуется возникновением напряженного состояния в контактной зоне вследствие перехода в короткий промежуток времени кинетической энергии относительного движения вещественных контактирующих тел в потенциальную энергию деформации зоны контакта с последующим распространением волн напряжений по материалам взаимодействующих таким образом тел. Волновое движение при единичном ударе поглощается материалами соударяющихся тел, а при периодическом, в частном случае гармоническом, силовом воздействии контактные деформации переходят в пластическое течение поверхностных активных зон, что запускает процесс неизносного формирования зазора.

Представляет интерес задача по определению в первом приближении предельной скорости соударения тел, независимо от их формы и размеров, при которой начинается пластическая деформация активных поверхностей связи и неизбежной эволюции изначально беззазорного соединения в соединение с зазором и последующим разрушением.

Показано, что пластическое течение стали происходит при критической скорости, равной 5 м/с. Эта скорость может иметь место при соударениях в проблемном соединении с зазором.

В заключение приведены некоторые технические решения соединений с автоматической и ручной выборкой образующихся зазоров

Рис. 2. Соединение для передачи осевых сил: 1 — шток; 2 — корпус; 3 — упругая диафрагма; 4 - тяга; 5 —башмак; 6-вставки сменные; 7— фиксатор

а) б)

Рис. 3. Соединения с периодическим выбором зазора:

а) 1 — шток; 2 — платформа, 3 — винт регулировочный, 4 — косые втулки; б) 1 — шток, 2 — подшипник, 3 — палец, 4 — клин, 5 - винт регулировочный

Третья глава. Износ втулки образует зазор в соединении шток — направляющая втулка. Появление зазора меняет картину силового нагру-жения подвижного соединения, перекладка зазора сопровождается ударным взаимодействием активных поверхностей соединения, при этом динамические реакции возрастают, вызывая прогрессивный износ и, как следствие, разгерметизацию замкнутой гидравлической полости и доре-сурсный выход амортизатора из эксплуатации. Положение усугубляется трудным доступом к узлам подвески и агрессивной водно-абразивной средой, в которой работает амортизатор. Его шток прикрыт непрочным эластомерным пыльником, надежность которого невысока и при нарушении его целостности износ подвижного соединения штока и направляющей втулки становится абразивным, а амортизатор теряет работоспособность за короткий срок эксплуатации. Точное моделирование поведения тел, составляющих подвижное соединение с зазором, практически невозможно из-за нелинейности этой колебательной системы.

Основными приемами, оказывающими влияние на свойства нелинейной системы, признаны изменение положения ограничителя и геометрии ударных поверхностей, последнее технически реализуемо в кинематических соединениях, а первое управлению практически не подлежит в приложениях к механизмам обычного назначения и может быть использовано в механизмах специально создаваемых виброударных систем с изменяемым режимом эксплуатации.

Установлена связь износа со временем эксплуатации. Параметры модели сориентированы на данные замеров направляющей втулки и штока амортизатора, изменяющихся в результате их износа на протяжении

О.б 0,5 0,4 0.3 0¿

эксплуатации соединения. Эти данные позволили составить наиболее объективную картину распределения удельных давлений по длине направляющей втулки, а также спрогнозировать скорость износа элементов соединения. Кроме того, результаты такого экспериментального исследования позволили уточнить показатели надежности (безотказности) работы амортизатора.

Экспериментально определены вероятности безотказной работы герметизирующих устройств штоков гидравлических амортизаторов (рис. 4).

Анализ характера износа показывает отклонение формы в продольном сечении (в плоскости I-I) — конусообразность с основанием конуса в сечении А-А (рис. 5)

P(t) 0.9 0.8 0.7

7

9

7,0 7,5 8.0 8,5 9,0 9,5 1 (тыс км) 10,5

Рис. 4. Вероятности безотказной работы герметизирующих устройств штоков гидравлических амортизаторов от наработки I

Рис. 5. Конусообразность с основанием конуса в сечении А-Л

Кроме этого, при проведении внешнего осмотра уплотнительных резиновых манжет внутренней ступени герметизирующего устройства, установленных во внутренней проточке направляющей втулки, выявлены следы механических повреждений внутренней кромки у 100 % манжет. Причем повреждение имеется, как правило, не по всему периметру манжеты, а в местах, которые находятся в продольной плоскости 1-1. Данное обстоятельство позволяет сделать предположение о влиянии увеличенного зазора в сопряжении шток — направляющая втулка на процессы износа и герметизации данной трибопары.

В целом установлено, что величина предельного зазора в соединении шток - направляющая втулка должна быть не более 0,8 мм. После достижения такого зазора процесс ударно-абразивного износа соединения приобретает катастрофический характер, приводящий к разгерметизации соединения.

В существующей конструкции удельные давления, порождаемые динамической реакцией, в исследуемом подвижном соединении оказываются запредельными, способными вызвать прогрессивный износ элементов соединения с последующей разгерметизацией гидравлической полости и потерей работоспособности амортизатора. Скорость изнашивания и удельное давление связаны:

dit с/Т

'Vч

32 '

(5)

где для приработанной кинематической пары т = 1, п — /; к— коэффициент износа; р — удельное давление; Уз2 - скорость относительного скольжения штока относительно втулки.

В связи с тем, что износ втулки намного больше износа поверхности штока, к = квт, где кет - коэффициент износа поверхности втулки. При переменных р и Уз2 износ будет равен:

=*г>

V^-dt.

(6)

Распределение давления в i-м сечении, перпендикулярном оси втулки, будем считать равным р" = pmaxi cosí//, где \|/ - центральный угол в сечении втулки (рис. 6.)

Нагрузка на элементарной площадке втулки шириной p-dW и длиной di будет такой:

dF¿, - p. dlrdi/r=pamidlr-cosy/di//. (7)

Тогда суммарная нагрузка в вертикальном направлении в этом сечении после интегрирования будет равна

(8)

F = — 2

Рис. 6. Распределение усилий и износа в i-м сечении соединения шток —

направляющая в гулка амортизатора: 2 — ш ток; 3 — в тулка

Картина распределения давления по сечению объясняет локализацию износа в вертикальной плоскости. Точка приложения суммарной

я:,

реакции ближе к

1 по длине втулки смещена краю втулки, даже приняв закон распределения давления по длине втулки линейным (рис. 7), физически ясно, почему износ по длине втулки неравномерен и локализуется у передней кромки.

Как следует из (6), интенсивность износа можно снизить, уменьшая величину удельного давления в контакте активных поверхностей проблемного соединения. Наиболее эффективным приемом по разгрузке соединения является конструкторское решение, в соответствии с которым разгружающее устройство, без воздействия на причины возникновения неблагоприятного нагружения, способно за счет введения параллельных, разнесенных опор воспринять моментное инерционное нагружение амортизатора (рис. 8).

д С= Я', где Д - предварительная деформация упругого элемента, С -жесткость упругого элемента. Я уменьшается на величину предварительного натяжения

роликов-подшипников, т. е. на Л'.

С учетом уменьшения на Л' реакции взаимодействия штока с направляющей втулкой за счет разгружающего устройства уменьшается удельное давление в этом соединении, а следовательно, интенсивность износа, что увеличивает вероятность безотказной работы Р(1)' проблемного соединения (рис. 4).

Рис. 7. Распределение удельного давления по длине втулки

Рис. 8. Разгружающее устройство и схема гидроамортизатора с разгружающим устройством

Четвертая глава. Для проведения экспериментов был разработан специальный стенд (рис. 9), в состав которого входит кинематический возбудитель сложного движения амортизатора, который имеет эксцентриковый привод движения точки крепления штока амортизатора, а в перспективе роль такого возбудителя будет выполнять непосредственно подвеска ММГП. Измерительная часть стенда состоит из элементов двух-канального анализатора вибраций «Диана-2М», снабженного виброакселерометрами пьезоэлектрического типа, устанавливаемыми на корпусе

$. Болт

6. Прижимная гайка

амортизатора близко к зоне направляющей втулки. Конструктивно стенд монтировался на токарно-винторезном станке ИТ-1М (рис. 9, В). В целях повышения точности измерений станок был установлен на специальные демпфирующие подушки, гасящие колебания от внешних источников (рис. 9, Б). Для выполнения эксперимента были определены режимы движения машины. Имитация режимов движения моделировалась изменением скорости вращения план-шайбы и эксцентриситета точки крепления верхней опоры амортизатора (рис. 9, А, Г).

Рис. 9. С генд-имитатор инерционного нагружения направляющей в гулки ш гока гидравлического амортизатора

Разработана методика экспериментального определения линейных ускорений корпуса амортизатора механизма подвески ММГП в лабораторных условиях, которая позволяет оценить техническое состояние амортизатора. Испытания проводились для пяти вариантов сопряжений направляющая втулка - шгок гидравлического амортизатора. Для каждого варианта выполнялась имитация Рис. Ю. Имитация износа увеличения износа через 0,2 мм (рис. 10). направляющей втулки Имитация скорости составляла 20, 30, 40, 50, 60 и 70 км/час.

Регистрация вибросигналов по двум измерительным каналам в выбранном частотном диапазоне сохраняется с помощью программного обеспечения «Атлант», включающий в себя набор функций для проведения различных преобразований вибросигналов и их просмотра. Так, на рис. 11 представлен полученный с вибродатчика сигнал после проведения амплитудного анализа в частотном спектре от 0 до 1 ООО Гц. При имитации зазора 0,2 мм вибрация практически незаметна, значения виброскорости колеблются от 5 до -5 мм/с, изредка достигая значений, близких к ±7 мм/с, с частотой 2—3 раза в секунду. При зазоре 0,4 мм колебания значений виброскорости принимают заметный гармонический облик, можно выделить явно выраженные пики, в которых виброскорость стремится к максимальным по модулю значениям до 29 мм/с с частотой около 10 раз в секунду. При зазоре 0,6 мм наблюдаются уже значительные вибрации с частотой до 15 раз в секунду и амплитудой изменения виброскорости до 152 мм/с по модулю.

, .лис

■А-» ЧдЫй " " " " ^ '* " '*" " ~ " ■■ " ■- «■■

«я,8 •лаа."

■

| ,. Ы I» .. .В^ц;. ■ ■■ ■■ ■■ - '■■ <» " ='■

-ПГ-ПГЛГПГППЗ—тж

Рис. 11. Частотная характеристика виброскорости при зазоре 0,2 мм, 0,4 мм и 0,6 мм

Таким образом, было установлено, что амортизатор может выйти из строя при пороговом минимуме пройденного расстояния, равном 14 000 км, и стопроцентно придет в негодность при пороговом максимуме, равном 23 000 км (рис. 12). Метод безразборной диагностики технического состояния ресурсопределяющего соединения вполне реализуем в полевых условиях.

Рис. 12. Зависимость величины зазора от состояния амортизатора и зависимость величины зазора между штоком и корпусом амортизатора ог расстояния, пройденною машиной

хЮОО км

расстояние пройденное машиной 17 с банным амортизапором

ресурс амортизатора ао капитального ремонта

- анализ ресдоаэ амортизатора

нормальное состояние допустимое состояние • необходима замена

зазор между штоком и корпусом амортизатора

0» 40 70Ю«1*Ю% состояние омортизоторо

ВЫХОД ИЗ СТРОЯ АМОРТИЗАТОРА

зазор между штоком и корпусом амортизатора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показано, что конструкция модуля подвески базовой ММГ'П является кривошипно-кулисным механизмом, полно использующим объемы рабочего пространства и позволяющим при минимальных габаритах реализовать большие статический и динамический ходы опорных катков, однако при этом звенья механизма совершают движения со значительными амплитудами и ускорениями.

2. Предложена обобщенная кинематическая модель механизма модуля подвески и доказано, что передаточная функция скорости механизма подвески является практически постоянной на всей величине динамического хода, что свидетельствует об отсутствии внутренних причин, порождающих динамическое нагружение звеньев и связен.

3. Показано, чго переменное кинегосгагическое нагружение подвижного соединения штока и направляющей втулки является значительным, особенно нагруженным является в позиции вблизи выборки статического хода опорного катка при высокочастотном характере вынуждающих сил.

4. Раскрыт механизм неизносного формирования зазора в подвижном соединении, приведены технические решения с автоматической и ручной выборкой образующихся зазоров.

5. Доказано, что при учете зазора в подвижном соединении и ударного характера взаимодействия штока и направляющей втулки при перекладке зазора могут быть достигнуты скорости контактных деформаций, характерные для пластического поведения материалов, а

модуль реакции способен вызвать недопустимые уровни контактных напряжений.

6. Проведено измерение износа бывших в эксплуатации направляющих втулок проблемной связи, сделано физическое обоснование характера износа активных поверхностей втулок, установлена связь износа с пробегом платформы, что позволяет уже в первом приближении прогнозировать техническое состояние проблемной связи. Установлена величина предельного износа активных поверхностей втулки, после которого взаимодействие в связи приобретает ударный характер с недопустимым уровнем контактных напряжений.

7. Экспериментально зарегистрирована связь линейных ускорений со значением величины зазора в ресурсоопределяющем соединении гидравлического амортизатора механизма подвески базовой платформы, что послужило основой безразборной диагностики технического состояния подвижного соединения.

8. Предложено на уровне патента техническое решение по разгрузке подвижного соединения путем введения параллельной упругой опоры, наделенной предварительным натягом, способной уменьшить или исключить вовсе динамическую реакцию в гладком соединении.

9. Результаты работы и техническое предложение использованы в отечественной промышленности, о чем свидетельствуют документы в приложении к диссертации.

10. Методика безразборной диагностики технического состояния соединения требует минимальных затрат и поэтому доступна для использования в эксплуатирующих подобную технику организациях, не имеющих специализированных стендов промышленного исполнения.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:

Ракимжанов, Н.Е. Математическое моделирование динамики движения многоцелевых гусеничных машин / П.Д. Балакин, Э.А. Кузнецов, Н.Е. Ракимжанов, Д.А. Скрипниченко // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2012. — № 3 (113). - С. 40-44.

Ракимжанов, Н.Е. Прогнозирование ресурса механизма подвески многоцелевой мобильной гусеничной платформы и разгрузка основной её подвижной связи / Н.Е. Ракимжанов, А.Х. Шамутдинов // Омский научный вестник,- 2015.-№ 1 (137).-С. 86-89.

Гидравлический амортизатор. Патент 149366 Рос. Федерация: МПК F16F 9/36 (2006.01) / П.Д. Балакин, Н.Е. Ракимжанов, А.Х. Шамутдинов, Д.С. Звездин; заявитель и патентообладатель Омский государственный технический университет; опубл. 27.12.2014. Бюл. № 36.

В материалах конференций, других научных журналах и изданиях:

Ракимжанов, Н.Е. Обоснование количества обобщенных координат при моделировании движения многоцелевой гусеничной машины в условиях естественных трасс / П.Д. Балакин, Э.А. Кузнецов, Н.Е. Ракимжанов, Д.А. Скрипниченко; Минобороны Рос. Федерации, Омский автобронетанковый инженерный ин-т. - Омск, 2012. - Деп. в ЦВНИ МО РФ в 2012 г. -Серия Б. Выпуск № 99.

Ракимжанов, НЕ. Модель первого приближения реальной связи с зазором штока амортизатора с направляющей втулкой его корпуса в условиях переменного и знакопеременного нагружения / П.Д. Балакин, Э.А. Кузнецов, Н.Е. Ракимжанов, Д.А. Скрипниченко; Минобороны Рос. Федерации, Омский автобронетанковый инженерный ин-т. — Омск, 2012.— Деп. в ЦВНИ МО РФ 2012. - Серия Б. Выпуск № 99.

Ракимжанов, Н.Е. Математические модели динамики движения многоцелевых гусеничных машин / П.Д. Балакин, Э.А. Кузнецов, Н.Е. Ракимжанов, Д.А. Скрипниченко // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф. — Омск: Изд-во Ом-ГТУ, 2012. - Книга I. - С. 6-9.

Ракимжанов, Н.Е. Обобщенная кинематическая модель механизма подвески / П.Д. Балакин, М.А. Голчанский, Н.Е. Ракимжанов, Д.А. Скрипниченко // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользо-вакния: материалы VII Всерос. науч.-практ. конф. ФГБОУ ВПО «СибАДП». - Омск: Изд-во СибАЛИ. 2012. - Кн. 2. - С. 102-105.

Ракимжанов, Н.Е. Динамическая модель поперечно-угловых колебаний корпуса многоцелевой гусеничной машины при регулярном кинематическом возбуждении движшеля дорожным полотном / П.Д. Балакин, В.В. Сыркин, Д.А. Скрипниченко. Э.А. Кузнецов, Н.Е. Ракимжанов // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: материалы VII Всерос. на-уч.-дракг. конф. ФГБОУ ВПО «СибАДИ». - Омск: Изд-во СиоАДИ, 2012. -Кн. 2.-С. 111-120.

Ракимжанов, Н.Е. Моделирование реальной связи с зазором штока амортизатора с направляющей втулкой корпуса в условиях переменного и знакопеременного награждения / Н.Е. Ракимжанов, Д.А. Скрипниченко // Новые материалы и технологии в машиностроении: материалы Междунар. науч.-технической конф. - Брянск: БГИТА, 2012. - С. 127-132.

Ракимжанов, Н.Е. Метод стабилизации температурного режима гидравлических амортизаторов военных гусеничных машин: отчет о НИР № 58306 (заключительный) «Амортизатор» / С.С. Поярков, Ф.Н. Хламцов и др. - Омск: ОАБИИ, 2013. - 99 с.

Ракимжанов, Н.Е. Механизм не износного формирования зазора в подвижном соединении с силовым импульсным награждением /

Д.А. Скрипниченко // Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности: материалы Междунар. заоч. науч.-практ. конф. -Тамбов, 2014. - С. 96-100.

Ракимжанов, Н.Е. Стендовые испытания по определению динамического взаимодействия шгока с направляющей втулкой гидравлического амортизатора подвески военных гусеничных и колесных машин / Д.С. Звездны, A.A. Авраменко, Н.Е. Ракимжанов // Инновационные технологии, системы вооружения и военной техники, наука и образование: материалы Межрегион, науч.-практ. конф. (Броня-Омск-2014). - Омск: ОАБИИ, 2014.-С. 170-172.

Ракимжанов, Н.Е. Использование результатов динамического стендового испытания в прогнозировании ресурса гидравлического амортизатора / Д.С. Звездин, Н.Е. Ракимжанов // Динамика систем, механизмов и машин: материалы IX Международной IEEE конференции. - Омск: Изд-воОмГТУ, 2014.-Т. 1.-С. 138-141.

Ракимжанов, Н.Е. Использование результатов динамического стендового испытания в прогнозировании ресурса гидравлического амортизатора / Информационные технологии: актуальные проблемы подготовки специалистов с учетом реализации требований ФГОС: материалы Меж-вуз. науч.-метод. конф. - Омск: ОАБИИ, 2014. - С. 59-64.

Ракимжанов, Н.Е. Стендовые испытания по прогнозированию ресурса механизма подвески многоцелевой мобильной гусеничной платформы и техническое решение по разгрузке основной её подвижной связи / Н.Е. Ракимжанов // Пути совершенствования системы ремонта ВГ и КМ: материалы Межвуз. науч.-метод. конф. - Омск: ОАБИИ, 2015. - С. 86-93.

Ракимжанов Н.Е. Диагностика состояния гидравлического амортизатора многоцелевой мобильной гусеничной платформы и техническое решение по разгрузке подвижного соединения «шток — направляющая втулка» корпуса амортизатора // Наука и военная безопасность. — 2015. -№ 1 (1). - С. 9-13. - (Национальные приоритеты России).

На правах рукописи

Ракимжанов Нуржан Есмагулович

БЕЗРАЗБОРНАЯ ДИАГНОСТИКА МЕХАНИЗМА ПОДВЕСКИ МНОГОЦЕЛЕВОЙ МОБИЛЬНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ ПЛАТФОРМЫ И РАЗГРУЗКА РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

Специальность: 05.02.18 — Теория механизмов и машин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 02.07.2015. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать оперативная. Усл.-печ.л. 1,0 Уч.-издл. 1,0. Тираж 100. Заказ 1402.

Отпечатано в типографии Омского автобронетанкового инженерного института 644098, г. Омск, 14 в/городок